Интегралдық схемалар сыйымдылығының өсуіне қатысты байқаулар

Кіріспе

Интегралды схемалардың сыйымдылығының өсуіне қатысты байқаулар

Мур заңы – интегралды схемадағы (IC) транзисторлардың санының шамамен екі жылда бір рет екі есеге артатындығы туралы байқау. Мур заңы – тарихи үрдістің байқалуы және болжамы. Бұл физика заңы емес, өндірістегі тәжірибеден алынған нәтижелерге байланысты эмпирикалық қатынас. Бұл байқау Гордон Мурдың есімімен аталады, ол Fairchild Semiconductor және Intel компанияларының негізін қалаушысы (және соңғысының бұрынғы бас директоры) болды. 1965 жылы ол интегралды схемадағы компоненттер санының жыл сайын екі есеге артатынын болжады. Бұл үрдіс 1958 жылы интегралды схеманың ойлап табылуымен басталды. Мурдың идеяны алғаш рет баяндаған презентациясының 3-бетінің төменгі жағындағы графикті қараңыз. Энгельбарт өзінің зерттеулерін 1960 жылғы Халықаралық қатты күйдегі схемалар конференциясында ұсынды, онда Мур тыңдаушылардың арасында болды. 1965 жылы Гордон Мур, сол кезде Fairchild Semiconductor компаниясының ғылыми-зерттеу және даму директоры болып жұмыс істеген, Electronics журналының отыз бесінші жылдығына арналған мақала жазуға шақырылды. Ол келесі он жылдағы жартылай өткізгіш компоненттер индустриясының болашағы туралы болжам жасауды сұрады. Оның жауабы "Интегралды схемаларға көбірек компоненттерді орналастыру" деген қысқа мақала болды. Мақаласында ол 1975 жылға қарай бір шаршы дюйм (~1,6 шаршы сантиметр) жартылай өткізгіште 65 000 компонентті орналастыру мүмкін болатынын болжады. "Минималды құрамдас бөліктердің күрделілігі жылына шамамен екі есеге артады. Қысқа мерзімде бұл көрсеткіштің өсуі жалғасатыны күтіледі, тіпті одан да жоғары болуы мүмкін. Ұзақ мерзімді перспективада өсу қарқыны біршама белгісіз, бірақ кем дегенде 10 жыл бойы тұрақты болады деп ойлауға негіз бар." 2015 жылғы сұхбатта Мур 1965 жылғы мақалаға қатысты: "Мен жай ғана алдағы 10 жыл ішінде екі есеге артатынын болжадым" деді. Жартылай өткізгіш өнеркәсібінің деректері көрсеткендей, қуат тығыздығы мен аумақтық тығыздық арасындағы кері байланыс 2000-шы жылдардың ортасында бұзылды. Ол осы экспоненциалдық мінез-құлықтың бірнеше себептерін атап өтті: Мур заңы ақырында жартылай өткізгіш индустриясы үшін мақсат ретінде қабылданды және бәсекелестік жартылай өткізгіш өндірушілері өңдеу қуатын арттыруға тырысқанда оны пайдаланды. Мур өзінің заңын таңғаларлық және оптимистік деп қарастырды: "Мур заңы – Мёрфи заңына қайшы келеді. Барлығы жақсарып келеді." Бұл байқау тіпті өзін-өзі орындайтын болжам ретінде қарастырылды. Екі еселену периоды көбінесе Мурдың әріптесі, Intel компаниясының бас директоры Дэвид Хаус жасаған жеке болжамға байланысты 18 ай деп қате айтылады. 1975 жылы Хаус Мурдың әр 2 жылда бір рет транзисторлардың санын екі есеге көбейту туралы заңын қайта қарастырғанын атап өтті, бұл компьютерлік чиптің өнімділігінің энергия тұтынудың өсуі болмаса, әр 18 айда екі есеге артатынын білдіреді. Математикалық тұрғыдан алғанда, Мур заңы транзисторлардың саны транзисторлардың өлшемдерінің қысқаруы және басқа да жетістіктердің арқасында 2 жылда бір рет екі есеге артатынын болжады. Өлшемдердің қысқаруының салдарынан Деннард масштабтау бірлік ауданы бойынша электр қуатын тұтынудың тұрақты болатынын болжады. Осы әсерлерді біріктіре отырып, Дэвид Хаус компьютерлік чиптің өнімділігінің әр 18 айда екі есеге артатынын анықтады. Деннард масштабтауының арқасында бұл өнімділіктің артуы қуаттың артуымен бірге жүрмейді, яғни кремнийге негізделген компьютерлік чиптердің энергия тиімділігі әр 18 айда екі есеге артады. Деннард масштабтау 2000 жылдары аяқталды, 10, 7 және 5 нм тораптарымен жаппай өндіріс жүзеге асырылуда.

Moore's law is the observation that the number of transistors in an integrated circuit (IC) doubles about every two years. Moore's law is an observation and projection of a historical trend. Rather than a law of physics, it is an empirical relationship linked to gains from experience in production. The observation is named after Gordon Moore, the co founder of Fairchild Semiconductor and Intel (and former CEO of the latter), who in 1965 posited a doubling every year in the number of components per integrated circuit,efn|The trend begins with the invention of the integrated circuit in 1958. See the graph on the bottom of page 3 of Moore's original presentation of the idea. Engelbart presented his findings at the 1960 International Solid State Circuits Conference, where Moore was present in the audience. In 1965, Gordon Moore, who at the time was working as the director of research and development at Fairchild Semiconductor, was asked to contribute to the thirty fifth anniversary issue of Electronics magazine with a prediction on the future of the semiconductor components industry over the next ten years. His response was a brief article entitled "Cramming more components onto integrated circuits". Within his editorial, he speculated that by 1975 it would be possible to contain as many as 65,000 components on a single quarter square inch (~1.6 square centimeter) semiconductor. <blockquote>The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year. Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase. Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to believe it will not remain nearly constant for at least 10 years. In a 2015 interview, Moore noted of the 1965 article: " I just did a wild extrapolation saying it's going to continue to double every year for the next 10 years." Evidence from the semiconductor industry shows that this inverse relationship between power density and areal density broke down in the mid 2000s. He outlined several contributing factors for this exponential behavior: Moore's law eventually came to be widely accepted as a goal for the semiconductor industry, and it was cited by competitive semiconductor manufacturers as they strove to increase processing power. Moore viewed his eponymous law as surprising and optimistic: "Moore's law is a violation of Murphy's law. Everything gets better and better." The observation was even seen as a self fulfilling prophecy. The doubling period is often misquoted as 18 months because of a separate prediction by Moore's colleague, Intel executive David House. In 1975, House noted that Moore's revised law of doubling transistor count every 2 years in turn implied that computer chip performance would roughly double every 18 months (with no increase in power consumption). Mathematically, Moore's law predicted that transistor count would double every 2 years due to shrinking transistor dimensions and other improvements. As a consequence of shrinking dimensions, Dennard scaling predicted that power consumption per unit area would remain constant. Combining these effects, David House deduced that computer chip performance would roughly double every 18 months. Also due to Dennard scaling, this increased performance would not be accompanied by increased power, i. e., the energy efficiency of silicon based computer chips roughly doubles every 18 months. Dennard scaling ended in the 2000s. with 10, 7, and 5 nm nodes in mass production.

Мурдың екінші заңы

Тұтынушы үшін компьютерлік қуаттың құны төмендеген сайын, өндірушілердің Мур заңының орындалуына байланысты шығындары кері үрдіске түседі: Ғылыми-зерттеу және әзірлеме жұмыстары, өндіріс және сынақ шығындары чиптердің әрбір жаңа буынымен тұрақты түрде артып келеді. Чиптерді өндіруге қолданылатын құралдардың, ең бастысы EUVL (Extreme ultraviolet lithography) құны 4 жыл сайын екі есеге өседі. Өндіріс шығындарының өсуі Мур заңының қолдауын қамтамасыз ету үшін маңызды мәселе болып табылады. Осының нәтижесінде Мурдың екінші заңы қалыптасты, ол Рок заңы деп те аталады (Артур Рок атымен аталған), яғни жартылай өткізгіш өндіріс орналастыруының капиталдық құны уақыт өте келе экспоненциалды түрде өседі.

Негізгі мүмкіндік беретін факторлар

Ғалымдар мен инженерлердің көптеген жаңалықтары Мур заңының интегралды схемалар (IC) дәуірінің басынан бері сақталуын қамтамасыз етті. Төменде негізгі инновациялардың кейбіреулері келтірілген, олар интегралды схемаларды және жартылай өткізгіш құрылғыларды жасау технологиясын жетілдіріп, транзисторлардың саны бес онжылдықтан кем уақыт ішінде жеті реттен астамға өсуіне мүмкіндік берген жаңалықтардың мысалы. Интегралды схема (IC): Мур заңының болу себебі. Германий гибридті IC-ді 1958 жылы Джек Килби «Техас Инструментс» компаниясында ойлап тапты, ал 1959 жылы Роберт Нойс «Fairchild Semiconductor» компаниясында кремний монолитті IC-шіпті ойлап тапты. Толықтырылатын металл-оксид-жартылай өткізгіш (CMOS): CMOS процесін 1963 жылы «Fairchild Semiconductor» компаниясында Чи Тан Сах және Фрэнк Ванлас ойлап тапты. Динамикалық кездейсоқ сүйемелдеу жады (DRAM): DRAM-ды 1967 жылы Роберт Х. Деннард «IBM» компаниясында әзірледі. Химиялық күшейткіш фоторезист: 1980 жылдар шамасында Хироси Ито, Грант Уилсон және Дж. М. Дж. Фреше «IBM» компаниясында ойлап тапты, ол ультракүлгін сәулесіне 5-10 есе сезімтал болды. «IBM» компаниясы 1980-ші жылдардың ортасында DRAM өндірісі үшін химиялық күшейткіш фоторезисті енгізді. Терең ультракүлгін эксимерлік лазерлік фотолитография: 1980 жылдар шамасында Канти Джайн «IBM» компаниясында ойлап тапты. Бұған дейін эксимерлік лазерлер негізінен 1970 жылдары жасалғаннан бері зерттеу құрылғылары ретінде пайдаланылды. Жалпы ғылыми тұрғыдан алғанда, эксимерлік лазерлік литографияның ашылуы лазердің 50 жылдық тарихындағы маңызды кезеңдердің бірі ретінде ерекшеленеді. Интерконекстік инновациялар: 1990-шы жылдардың соңындағы интерконекстік инновациялар, соның ішінде химиялық-механикалық полировка немесе химиялық-механикалық жазықтықтау (CMP), траншеялық оқшаулау және мыс интерконекстері – кіші транзисторларды жасауда тікелей фактор болмаса да – пластинаның өнімділігін жақсартуға, металл сымдарының қосымша қабаттарын жасауға, құрылғылардың арасын жақындатуға және электрлік кедергіні төмендетуге мүмкіндік берді. Компьютер индустриясының технологиялық жол карталары 2001 жылы Мур заңының жартылай өткізгіш чиптерінің бірнеше буыны үшін жалғасатынын болжады.

Numerous innovations by scientists and engineers have sustained Moore's law since the beginning of the IC era. Some of the key innovations are listed below, as examples of breakthroughs that have advanced integrated circuit and semiconductor device fabrication technology, allowing transistor counts to grow by more than seven orders of magnitude in less than five decades. Integrated circuit (IC): The raison d'être for Moore's law. The germanium hybrid IC was invented by Jack Kilby at Texas Instruments in 1958, followed by the invention of the silicon monolithic IC chip by Robert Noyce at Fairchild Semiconductor in 1959. Complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS): The CMOS process was invented by Chih Tang Sah and Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor in 1963. Dynamic random access memory (DRAM): DRAM was developed by Robert H. Dennard at IBM in 1967. Chemically amplified photoresist: Invented by Hiroshi Ito, Grant Willson and J. M. J. Fréchet at IBM circa 1980, which was 5–10 times more sensitive to ultraviolet light. IBM introduced chemically amplified photoresist for DRAM production in the mid 1980s. Deep UV excimer laser photolithography: Invented by Kanti Jain at IBM circa 1980. Prior to this, excimer lasers had been mainly used as research devices since their development in the 1970s. From a broader scientific perspective, the invention of excimer laser lithography has been highlighted as one of the major milestones in the 50 year history of the laser. Interconnect innovations: Interconnect innovations of the late 1990s, including chemical mechanical polishing or chemical mechanical planarization (CMP), trench isolation, and copper interconnects—although not directly a factor in creating smaller transistors—have enabled improved wafer yield, additional layers of metal wires, closer spacing of devices, and lower electrical resistance. Computer industry technology road maps predicted in 2001 that Moore's law would continue for several generations of semiconductor chips.

Соңғы үрдістер

Наноөлшемді транзисторларды жасаудағы негізгі техникалық қиындықтардың бірі – қақпаларды жобалау. Құрылғының өлшемі кішірейген сайын, жіңішке арнадағы ток ағынын басқару қиындай түседі. Қазіргі заманғы наноөлшемді транзисторлар көбінесе көп қақпалы MOSFET нысанында болады, ал FinFET – ең көп таралған наноөлшемді транзистор. FinFET арнасының үш жағында қақпалық диэлектрик орналасқан. Ал, айналасымен қоршалған MOSFET (GAAFET) құрылымында қақпаны басқару мүмкіндігі одан да жақсы. Айналасымен қоршалған MOSFET (GAAFET) алғаш рет 1988 жылы Фудзио Масуока басқарған Toshiba зерттеу тобы көрсеткен, олар тік наносымдық GAAFET-ті «айналасындағы қақпа транзисторы» (SGT) деп атады. Флэш-жадты ойлап тапқан Масуока кейіннен Toshiba-дан кетіп, 2004 жылы Тохоку университетімен бірлесіп қақпа технологиясын зерттеу үшін Unisantis Electronics компаниясын құрды. 2006 жылы Кореяның Ғылым және технология институтының (KAIST) және Ұлттық нанофабрикация орталығының корейлік зерттеушілері FinFET технологиясына негізделген 3 нм транзисторды, сол кездегі әлемдегі ең кішкентай наноэлектрондық құрылғыны жасады. 2010 жылы Ирландияның Корк қаласындағы Tyndall ұлттық институтының зерттеушілері қосылыссыз транзисторды жариялады. Кремнийлі наносымның айналасына оралған басқару қақпасы электрондардың өтуін қосылыстар немесе легирлеусіз басқара алады. Олардың сөзінше, оларды қолданыстағы өндіріс әдістерін пайдаланып 10 нм өлшемде жасауға болады. 2011 жылы Питтсбург университетінің зерттеушілері оксид негізіндегі материалдардан жасалған диаметрі 1,5 нм бір электронды транзисторды жасағанын жариялады. Үш «сым» бір немесе екі электронды сақтай алатын орталық «аралға» жиналады. Электрондар арал арқылы бір сымнан екіншісіне туннельдеу арқылы өтеді. Үшінші сымның жағдайы транзистордың қатты күйдегі жад ретінде әрекет ету қабілетін қоса алғанда, ерекше өткізгіш қасиеттерге әкеледі. Наносымдық транзисторлар микроскоптық компьютерлерді жасауға түрткі болуы мүмкін. 2012 жылы Жаңа Оңтүстік Уэльс университетінің зерттеу тобы кремний кристаллына дәл орналастырылған бір атомнан тұратын алғашқы жұмыс істейтін транзисторды жасағанын жариялады (тек үлкен үлгіден кездейсоқ алынған транзисторлар емес). Мур заңы бойынша, бұл көрсеткішке зертханадағы интегралды схемалар (IC) үшін 2020 жылға дейін жетеді деп болжанған. 2015 жылы IBM EUVL технологиясын қолданып жасалған кремний-германий транзисторлары бар 7 нм түйіндік чиптерді көрсетті. Компания бұл транзистордың тығыздығы сол кездегі 14 нм чиптерден төрт есе көп болады деп сенді. Samsung және TSMC 2021-2022 жылдарға дейін 3 нм GAAFET түйіндерін өндіруді жоспарлап отыр. 3 нм сияқты түйін атауларының құрылғы элементтерінің (транзисторлардың) физикалық өлшемімен ешқандай байланысы жоқ екеніне назар аударыңыз. 2001 жылы T. Имото, М. Мацуи және C. Такубоны қоса алған Toshiba зерттеу тобы үш өлшемді интегралды схемаларды (3D IC) өндіру үшін «Жүйелік блок модулі» пластиналарды біріктіру процесін әзірледі. 2007 жылдың сәуірінде Toshiba сегіз қабатты 3D IC, 16 ГБ THGAM кіріктірілген NAND флэш жады чипін ұсынды, ол сегіз қатарланған 2 ГБ NAND флэш чиптермен жасалды. 2007 жылдың қыркүйегінде Hynix 24 қабатты 3D IC, 16 ГБ флэш жады чипін ұсынды, ол 24 қатарланған NAND флэш чиптермен пластиналық байланыс процесін қолдана отырып жасалды. V NAND, сондай-ақ 3D NAND деп те аталады, флэш жады жасушаларын тік бағытта жинауға мүмкіндік береді, бұл 1967 жылы Джон Сзедон ұсынған зарядты тұтқындау флэш технологиясын пайдалана отырып, флэш жады чипіндегі транзисторлардың санын едәуір арттырады. 3D NAND алғаш рет 2007 жылы Toshiba ұсынды. V NAND алғаш рет 2013 жылы Samsung Electronics компаниясы коммерциялық өндіріске шығарды. 2008 жылы HP зертханаларының зерттеушілері жұмыс істейтін мемристорды, төртінші негізгі пассивтік схема элементін жариялады, оның болуы бұрын тек теориялық тұрғыда ғана болған. Мемристордың ерекше қасиеттері кішірек және жақсы жұмыс істейтін электрондық құрылғыларды жасауға мүмкіндік береді. 2014 жылы Стэнфорд университетінің биоинженерлері адам миының үлгісі бойынша схеманы жасады. 16 «Нейрокор» чипі 1 миллион нейронды және миллиардтаған синаптикалық байланыстарды симуляциялайды, бұл әдеттегі компьютерге қарағанда 9000 есе жылдам және энергияны тиімді пайдаланады. 2015 жылы Intel және Micron 3D XPoint-ті жариялады, бұл ұшпалы емес жад NAND-қа қарағанда ұқсас тығыздықпен айтарлықтай жылдам болады деп мәлімдеді. 2016 жылы басталатын өндіріс 2017 жылдың екінші жартысына дейін кейінге қалдырылды. 2017 жылы Samsung өзінің V NAND технологиясын eUFS 3D IC жинағымен біріктіріп, сегіз қабаттан тұратын 64 қабатты V NAND кристалдары бар 512 ГБ флэш жады чипін жасады. 2019 жылы Samsung сегіз қабаттан тұратын 96 қабатты V NAND кристалдары бар 1 ТБ флэш чипін жасады, сонымен қатар төрт деңгейлі жад ұясы (QLC) технологиясын (транзисторға 4 бит) қолданды, бұл кез келген IC чипінің ең жоғары транзистор санына тең – 2 триллион транзистор. 2020 жылы Samsung Electronics FinFET және EUV технологиясын қолдана отырып 5 нм түйінін өндіруді жоспарлады. Микропроцессор архитектураларының мамандары 2010 жылдан бері индустрия бойынша жартылай өткізгіштердің дамуы Мур заңының болжағаннан төмен қарқынымен жүріп жатқанын хабарлады. Intel 2015 жылы MOSFET құрылғыларының жақсаруы 2012 жылғы 22 нм ерекшеліктерінен басталып, 14 нм кезеңінде жалғасқанын мәлімдеді. Intel бас директоры Пэт Гелсингер 2023 жылдың соңында «біз енді Мур заңының алтын ғасырында емеспіз, қазір бәрі әлдеқайда қиын, сондықтан біз шамамен үш жыл сайын еселеуге жетеміз, демек, біз бәсеңдеуді анық көрдік» деді. Транзисторларды кішірейтудің физикалық шектеріне жетілді, себебі бастапқы-аяқтағы ағып кету, шектеулі қақпа металдары және арна материалдарына шектеулі нұсқалар бар. Физикалық кішірейтуге тәуелді емес басқа тәсілдер де зерттелуде. Олар электрондардың спиндік күйі спинтроникасы, туннельдік қосылыстар және наносым геометриясы арқылы арна материалдарын жетілдіруді қамтиды. Спин негізіндегі логикалық және жад опциялары зертханаларда белсенді түрде дамытылуда.

One of the key technical challenges of engineering future nanoscale transistors is the design of gates. As device dimension shrinks, controlling the current flow in the thin channel becomes more difficult. Modern nanoscale transistors typically take the form of multi gate MOSFETs, with the FinFET being the most common nanoscale transistor. The FinFET has gate dielectric on three sides of the channel. In comparison, the gate all around MOSFET (GAAFET) structure has even better gate control. A gate all around MOSFET (GAAFET) was first demonstrated in 1988, by a Toshiba research team led by Fujio Masuoka, who demonstrated a vertical nanowire GAAFET which he called a "surrounding gate transistor" (SGT). Masuoka, best known as the inventor of flash memory, later left Toshiba and founded Unisantis Electronics in 2004 to research surrounding gate technology along with Tohoku University. In 2006, a team of Korean researchers from the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) and the National Nano Fab Center developed a 3 nm transistor, the world's smallest nanoelectronic device at the time, based on FinFET technology. In 2010, researchers at the Tyndall National Institute in Cork, Ireland announced a junctionless transistor. A control gate wrapped around a silicon nanowire can control the passage of electrons without the use of junctions or doping. They claim these may be produced at 10 nm scale using existing fabrication techniques. In 2011, researchers at the University of Pittsburgh announced the development of a single electron transistor, 1.5 nm in diameter, made out of oxide based materials. Three "wires" converge on a central "island" that can house one or two electrons. Electrons tunnel from one wire to another through the island. Conditions on the third wire result in distinct conductive properties including the ability of the transistor to act as a solid state memory. Nanowire transistors could spur the creation of microscopic computers. In 2012, a research team at the University of New South Wales announced the development of the first working transistor consisting of a single atom placed precisely in a silicon crystal (not just picked from a large sample of random transistors). Moore's law predicted this milestone to be reached for ICs in the lab by 2020. In 2015, IBM demonstrated 7 nm node chips with silicon germanium transistors produced using EUVL. The company believed this transistor density would be four times that of the then current 14 nm chips. Samsung and TSMC plan to manufacture 3nm GAAFET nodes by 20212022. Note that node names, such as 3nm, have no relation to the physical size of device elements (transistors). A Toshiba research team including T. Imoto, M. Matsui and C. Takubo developed a "System Block Module" wafer bonding process for manufacturing three dimensional integrated circuit (3D IC) packages in 2001. In April 2007, Toshiba introduced an eight layer 3D IC, the 16GB THGAM embedded NAND flash memory chip which was manufactured with eight stacked 2GB NAND flash chips. In September 2007, Hynix introduced 24 layer 3D IC, a 16GB flash memory chip that was manufactured with 24 stacked NAND flash chips using a wafer bonding process. V NAND, also known as 3D NAND, allows flash memory cells to be stacked vertically using charge trap flash technology originally presented by John Szedon in 1967, significantly increasing the number of transistors on a flash memory chip. 3D NAND was first announced by Toshiba in 2007. V NAND was first commercially manufactured by Samsung Electronics in 2013. In 2008, researchers at HP Labs announced a working memristor, a fourth basic passive circuit element whose existence only had been theorized previously. The memristor's unique properties permit the creation of smaller and better performing electronic devices. In 2014, bioengineers at Stanford University developed a circuit modeled on the human brain. Sixteen "Neurocore" chips simulate one million neurons and billions of synaptic connections, claimed to be 9,000 times faster as well as more energy efficient than a typical PC. In 2015, Intel and Micron announced 3D XPoint, a non volatile memory claimed to be significantly faster with similar density compared to NAND. Production scheduled to begin in 2016 was delayed until the second half of 2017. In 2017, Samsung combined its V NAND technology with eUFS 3D IC stacking to produce a 512GB flash memory chip, with eight stacked 64 layer V NAND dies. In 2019, Samsung produced a 1TB flash chip with eight stacked 96 layer V NAND dies, along with quad level cell (QLC) technology (4 bit per transistor), equivalent to 2trillion transistors, the highest transistor count of any IC chip. In 2020, Samsung Electronics planned to produce the 5 nm node, using FinFET and EUV technology. Microprocessor architects report that semiconductor advancement has slowed industry wide since around 2010, below the pace predicted by Moore's law. Intel stated in 2015 that improvements in MOSFET devices have slowed, starting at the 22 nm feature width around 2012, and continuing at 14 nm. Pat Gelsinger, Intel CEO, stated at the end of 2023 that "we're no longer in the golden era of Moore's Law, it's much, much harder now, so we're probably doubling effectively closer to every three years now, so we've definitely seen a slowing." The physical limits to transistor scaling have been reached due to source to drain leakage, limited gate metals and limited options for channel material. Other approaches are being investigated, which do not rely on physical scaling. These include the spin state of electron spintronics, tunnel junctions, and advanced confinement of channel materials via nano wire geometry. Spin based logic and memory options are being developed actively in labs.

Баламалы материалдар зерттеулері

IC-лердегі қазіргі транзисторлардың басым көпшілігі негізінен допингтелген кремнийден және оның қорытпаларынан тұрады. Кремний бір нанометрлік транзисторларға өңделгенде, қысқа арна әсері кремнийдің функционалдық транзистор ретіндегі қажетті материалдық қасиеттерін кері өзгертеді. Төменде кішкентай нанометрлік транзисторларды жасаудағы кремний емес бірнеше баламалар келтірілген. Ұсынылған материалдардың бірі – индий-галлий арсениді, немесе InGaAs. Кремний және германиймен салыстырғанда, InGaAs транзисторлары болашақта жоғары жылдамдықты, төмен қуатты логикалық қолданыстар үшін перспективалырақ. III-V қосылыс жартылай өткізгіштердің ішкі ерекшеліктеріне байланысты, InGaAs негізіндегі кванттық құдық және туннельдік эффект транзисторлары дәстүрлі MOSFET конструкцияларына балама ретінде ұсынылған. 2000-жылдардың басында Гуртедж Сингх Санду Micron Technology компаниясында атомдық қабаттап жабын жасаудың жоғары κ пленкалық және питчтік екі есе үлгілеу процестерін ойлап тапты, бұл жазық CMOS технологиясы үшін Мур заңын 30 нм және одан да кіші класына дейін ұзартты. 2009 жылы Intel компаниясы 80 нм InGaAs кванттық құдық транзисторын жасағанын хабарлады. Кванттық құдық құрылғыларында кең жолақты екі материал қабатының арасында материал орналасқан. Компания сол кездегі жетекші таза кремний транзисторларынан екі есе үлкен болғанына қарамастан, олардың қуатты аз тұтынып, бірдей жақсы жұмыс істейтінін мәлімдеді. 2011 жылы Intel зерттеушілері дәстүрлі жазық конструкциялармен салыстырғанда ағып кету сипаттамалары жақсартылған 3D tri gate InGaAs транзисторын көрсетті. Компания олардың конструкциясы кез келген III-V қосылыс жартылай өткізгіш транзисторының ең жақсы электростатикалық сипаттамасына қол жеткізгенін мәлімдеді. 2015 жылғы Халықаралық қатты күйдегі тізбектер конференциясында Intel компаниясы 7 нм түйіні үшін осындай архитектураға негізделген III-V қосылыстарын пайдалануды атап өтті. 2011 жылы Остин қаласындағы Техас университетінің зерттеушілері бұрынғы конструкцияларға қарағанда жоғары жұмыс тогына қабілетті InGaAs туннельдік өрістік эффект транзисторын жасады. III-V TFET-тің алғашқы үлгілерін 2009 жылы Корнелл университеті мен Пенсильвания штаты университетінің бірлескен тобы көрсетті. 2012 жылы MIT-тің Микрожүйелер технологиялық зертханалары тобы InGaAs негізінде 22 нм транзистор жасады, ол сол кезде жасалған кремний емес ең кішкентай транзистор болып табылды. Бұл команда кремний құрылғыларын жасауда қолданылатын техникаларды пайдаланды және жақсырақ электрлік өнімділікке және 10 нанометрлік масштабқа дейін азайтуға ұмтылды. Биологиялық есептеулерді зерттеу биологиялық материалдың кремнийге негізделген есептеулерге қарағанда жоғары ақпараттық тығыздыққа және энергия тиімділігіне ие екенін көрсетті. Графен электроникасы үшін графеннің әртүрлі түрлері зерттелуде, мысалы, графен нанотаспа транзисторлары 2008 жылы жарияланғаннан бері үміт беруде. (Көлемді графеннің жолақтық аралығы нөлге тең, сондықтан оны транзисторларда қолдануға болмайды, себебі оның тұрақты өткізгіштігі және өшіруге болмайтындығы. Нанотаспалардың зигзагты жиектері өткізгіштік және валенттік жолақтардағы жергілікті энергия күйлерін енгізеді, сонымен қатар транзистор ретінде жасалғанда ауысуды қамтамасыз ететін жолақтық аралықты құрайды. Мысалы, 10 нм ені бар әдеттегі GNR-дің 0,4 эВ-қа тең қажетті жолақтық энергиясы бар.) Дегенмен, 50 нм-ден төмен графен қабаттарын одан әрі зерттеу қажет, өйткені оның кедергісі артады, демек электрондық жылдамдығы төмендейді.

The vast majority of current transistors on ICs are composed principally of doped silicon and its alloys. As silicon is fabricated into single nanometer transistors, short channel effects adversely change desired material properties of silicon as a functional transistor. Below are several non silicon substitutes in the fabrication of small nanometer transistors. One proposed material is indium gallium arsenide, or InGaAs. Compared to their silicon and germanium counterparts, InGaAs transistors are more promising for future high speed, low power logic applications. Because of intrinsic characteristics of III V compound semiconductors, quantum well and tunnel effect transistors based on InGaAs have been proposed as alternatives to more traditional MOSFET designs. In the early 2000s, the atomic layer deposition high κ film and pitch double patterning processes were invented by Gurtej Singh Sandhu at Micron Technology, extending Moore's law for planar CMOS technology to 30 nm class and smaller. In 2009, Intel announced the development of 80 nm InGaAs quantum well transistors. Quantum well devices contain a material sandwiched between two layers of material with a wider band gap. Despite being double the size of leading pure silicon transistors at the time, the company reported that they performed equally as well while consuming less power. In 2011, researchers at Intel demonstrated 3 D tri gate InGaAs transistors with improved leakage characteristics compared to traditional planar designs. The company claims that their design achieved the best electrostatics of any III V compound semiconductor transistor. At the 2015 International Solid State Circuits Conference, Intel mentioned the use of III V compounds based on such an architecture for their 7 nm node. In 2011, researchers at the University of Texas at Austin developed an InGaAs tunneling field effect transistors capable of higher operating currents than previous designs. The first III V TFET designs were demonstrated in 2009 by a joint team from Cornell University and Pennsylvania State University. In 2012, a team in MIT's Microsystems Technology Laboratories developed a 22 nm transistor based on InGaAs which, at the time, was the smallest non silicon transistor ever built. The team used techniques used in silicon device fabrication and aimed for better electrical performance and a reduction to 10 nanometer scale. Biological computing research shows that biological material has superior information density and energy efficiency compared to silicon based computing. Various forms of graphene are being studied for graphene electronics, e. g. graphene nanoribbon transistors have shown promise since its appearance in publications in 2008. (Bulk graphene has a band gap of zero and thus cannot be used in transistors because of its constant conductivity, an inability to turn off. The zigzag edges of the nanoribbons introduce localized energy states in the conduction and valence bands and thus a bandgap that enables switching when fabricated as a transistor. As an example, a typical GNR of width of 10 nm has a desirable bandgap energy of 0.4 eV.) More research will need to be performed, however, on sub 50 nm graphene layers, as its resistivity value increases and thus electron mobility decreases.

Болжамдар мен жол карталары

2005 жылдың сәуірінде Гордон Мур сұхбатында бұл болжамды шексіз сақтау мүмкін емес екенін айтты: «Бұл мәңгі жалғаса алмайды. Экспоненталардың мәнісі – оларды ығыстырып, соңында жағдай нашарлайды». Ол сондай-ақ транзисторлардың атомдық деңгейде миниатюраланудың шегіне жететінін атап өтті:
[Транзисторлардың] мөлшері тұрғысынан қарағанда, біз атом мөлшеріне жақындап келеміз, бұл негізгі кедергі. Бірақ оған дейін екі-үш буын өтуі керек – бірақ бұл біздің ең алыс болжауымыз. Бізде тағы 10-20 жыл бар, содан кейін біз түпкілікті шекке жетеміз. Одан кейін олар үлкен чиптер жасап, транзисторларға миллиардтаған бюджет бөле алады. 2016 жылы Халықаралық жартылай өткізгіштер жол картасы (ITRS), 1998 жылдан бері өнеркәсіпті дамыту үшін Мур заңын пайдаланғаннан кейін, соңғы жол картасын жариялады. Ол енді зерттеу және даму жоспарын Мур заңына байланыстырмады. Оның орнына, ол «Мурдан да артық» стратегиясын ұсынды, онда чиптерді дамыту жартылай өткізгіштерді үлкейтуге емес, қолданбалардың қажеттіліктеріне бағынады. Қолданбалық драйверлер смартфондардан бастап жасанды интеллектке және дерек орталықтарына дейін жетеді. IEEE 2016 жылы «Есептеуді қайта іске қосу» атты жол картасын жасауға кірісті, ол Құрылғылар мен жүйелерге арналған халықаралық жол картасы (IRDS) деп аталды. Кейбір сарапшылар, Гордон Мур сияқты, Мур заңының шамамен 2025 жылға қарай аяқталады деп болжайды. Мур заңы физикалық шекке жеткенімен, кейбір сарапшылар жаңа чип архитектурасы, кванттық есептеу, жасанды интеллект және машиналық оқыту сияқты басқа да салаларда технологиялық прогрестің жалғасатынына үміттіді. Nvidia компаниясының бас директоры Дженсен Хуан 2022 жылы Мур заңының өлімін жариялады; бірнеше күннен кейін Intel компаниясының бас директоры Пэт Гелсингер оған қарсы пікір білдірді.

Салдарлар

Цифрлық электроника ХХ ғасырдың соңы мен ХХІ ғасырдың басында әлемдік экономикалық өсімге үлкен үлес қосты. 1997-2004 жылдары жылдық өсім 3,4%-ға жетті, бұл 1972-1996 және 2005-2013 жылдардағы 1,6%-дан жоғары көрсеткіш. Экономист Ричард Г. Андерсон атап көрсеткендей, "Сансыз зерттеулер өнімділіктің артуын жартылай өткізгіштерді өндірудегі технологиялық жаңалықтарға байланысты анықтады, бұл компоненттердің және оларды қамтитын өнімдердің бағасын күрт төмендетті (сонымен қатар олардың мүмкіндіктерін кеңейтті)". Мур заңының басты теріс салдары – қарқынды ескіру қоғамды Өсу шектеріне дейін сығып тастауы. Технологиялар үнемі "жетілдіріліп" тұрғандықтан, бұрынғы технологиялар қолданудан шығып қалады. Аппараттық немесе деректердің қауіпсіздігі мен сенімділігі маңызды немесе ресурстар шектеулі болған жағдайларда, жылдам ескіру үздіксіз жұмыс істеуге кедергі келтіруі мүмкін. Компьютерлерді өндіруде қолданылатын көптеген ресурстар мен улы материалдардың болуы ескіруге байланысты экологиялық зиянға әкеледі. Американдықтар күн сайын 400 000 ұялы телефонды тастап жібереді, бірақ мұндай жоғары ескіру деңгейі компаниялар үшін бір құрылғыны ұзақ пайдаланудың орнына, қымбат жаңа жабдықтарды тұрақты түрде сатуға мүмкіндік береді, нәтижесінде өнеркәсіп жоспарлы ескіруді пайда табу орталығы ретінде пайдаланады. Өнімділікті арттырудың тағы бір жолы – қолданыстағы транзисторлардың санының өсуін пайдаланатын микроархитектуралық әдістер. Ретсіз орындау, чиптегі кэштеу және алдын ала жүктеу жадтың кешігуін азайтады, бірақ бұл үшін көбірек транзисторлар қолданылады және процессордың күрделілігі артады. Бұл өсімдер эмпирикалық түрде Поллак ережесімен сипатталады, онда микроархитектуралық әдістерге байланысты өнімділіктің артуы процессордың күрделілігінің (транзисторлардың саны немесе ауданы) квадрат түбіріне шамалас. Процессор өндірушілері көп жылдар бойы сағаттық жиілікті және нұсқау деңгейіндегі параллелизмді арттырды, соның арқасында жаңа процессорларда ешқандай өзгеріссіз бір өзекті код жылдамырақ орындалды. Қазір CPU қуатын басқару үшін процессор өндірушілері көп өзекті чиптерді пайдаланады, ал бағдарламалық жасақтама аппаратты толыққанды пайдалану үшін көп жіпті түрде жазылуы керек. Көп жіпті даму парадигмаларының көпшілігі қосымша шығындарға әкеледі және процессорлардың санына пропорционалды жылдамдық артуын қамтамасыз етпейді. Бұл әсіресе ортақ немесе тәуелді ресурстарға қол жеткізген кезде, құлыптасу салдарынан байқалады. Бұл әсер процессорлардың саны артқан сайын күшейеді. Кейбір жағдайларда процессордағы транзисторлардың шамамен 45%-ға артуы процессорлық қуаттың шамамен 10-20%-ға артуына әкелді. Екінші жағынан, өндірушілер графикалық, бейне және криптография сияқты функцияларды өңдеу үшін арнайы процессорлық бірліктерді қосуда. Мысалы, Intel-дің Parallel JavaScript кеңейтімдері тек бірнеше өзекті ғана емес, сонымен қатар олардың чиптерінің басқа да арнайы өңдеу мүмкіндіктерін де қолдайды, бұл HTML5 клиенттік скрипттерін көшіру процесінің бір бөлігі болып табылады. Мур заңы басқа технологиялардың өнімділігіне де маңызды әсер етті: Майкл С. Малоун Ирак соғысының басындағы шок пен үрейдің сәттілігінен кейін Мур соғысы туралы жазды. Басқарылатын қаруды дамытудағы прогресс электрондық технологияға байланысты. Мур заңымен байланысты схемалардың тығыздығы мен төмен қуаттылықпен жұмыс істеудің жақсаруы ұялы телефондар мен 3D-басылым сияқты технологиялардың дамуына да үлкен үлес қосты.

Digital electronics have contributed to world economic growth in the late twentieth and early twenty first centuries. which reached 3.4% per year in 1997–2004, outpacing the 1.6% per year during both 1972–1996 and 2005–2013. As economist Richard G. Anderson notes, "Numerous studies have traced the cause of the productivity acceleration to technological innovations in the production of semiconductors that sharply reduced the prices of such components and of the products that contain them (as well as expanding the capabilities of such products)." The primary negative implication of Moore's law is that obsolescence pushes society up against the Limits to Growth. As technologies continue to rapidly "improve", they render predecessor technologies obsolete. In situations in which security and survivability of hardware or data are paramount, or in which resources are limited, rapid obsolescence often poses obstacles to smooth or continued operations. Because of the intensive resource footprint and toxic materials used in the production of computers, obsolescence leads to serious harmful environmental impacts. Americans throw out 400,000 cell phones every day, but this high level of obsolescence appears to companies as an opportunity to generate regular sales of expensive new equipment, instead of retaining one device for a longer period of time, leading to industry using planned obsolescence as a profit centre. An alternative source of improved performance is in microarchitecture techniques exploiting the growth of available transistor count. Out of order execution and on chip caching and prefetching reduce the memory latency bottleneck at the expense of using more transistors and increasing the processor complexity. These increases are described empirically by Pollack's Rule, which states that performance increases due to microarchitecture techniques approximate the square root of the complexity (number of transistors or the area) of a processor. For years, processor makers delivered increases in clock rates and instruction level parallelism, so that single threaded code executed faster on newer processors with no modification. Now, to manage CPU power dissipation, processor makers favor multi core chip designs, and software has to be written in a multi threaded manner to take full advantage of the hardware. Many multi threaded development paradigms introduce overhead, and will not see a linear increase in speed versus number of processors. This is particularly true while accessing shared or dependent resources, due to lock contention. This effect becomes more noticeable as the number of processors increases. There are cases where a roughly 45% increase in processor transistors has translated to roughly 10–20% increase in processing power. On the other hand, manufacturers are adding specialized processing units to deal with features such as graphics, video, and cryptography. For one example, Intel's Parallel JavaScript extension not only adds support for multiple cores, but also for the other non general processing features of their chips, as part of the migration in client side scripting toward HTML5. Moore's law has affected the performance of other technologies significantly: Michael S. Malone wrote of a Moore's War following the apparent success of shock and awe in the early days of the Iraq War. Progress in the development of guided weapons depends on electronic technology. Improvements in circuit density and low power operation associated with Moore's law also have contributed to the development of technologies including mobile telephones and 3 D printing.

Басқа пішімдеулер мен ұқсас байқаулар

Цифрлық технологияның бірнеше көрсеткіштері Мур заңымен байланысты экспоненциалдық қарқынмен жақсарып келеді, оның ішінде компоненттердің мөлшері, құны, тығыздығы және жылдамдығы. Мур компоненттердің тығыздығы туралы ғана жазды, "компонент – транзистор, резистор, диод немесе конденсатор", ең төменгі құнмен. Интегралды схемадағы транзисторлар саны – ең көп таралған түсіндірмесі, интегралды схемалардағы транзисторлардың саны екі жыл сайын екі есеге артуы. 1970-ші жылдардың соңында Мур заңы ең күрделі чиптердегі транзисторлар санының лимиті ретінде белгілі болды. Осы мақаланың жоғары жағындағы графикте бұл тенденция бүгінгі күнге дейін сақталып келеді. 2017 жылғы мәліметтер бойынша, ең көп транзисторға ие коммерциялық процессор – 18 миллиардтан астам транзисторы бар 48 ядролы Centriq.

Транзистордың ең төменгі шығындағы

Бұл Мурдың 1965 жылғы мақаласында келтірілген формула. Чипке қанша транзистор орналастырылса, әрбір транзисторды жасау құны сонша төмендейді, бірақ чиптің ақаулықтан жұмыс істемеу ықтималдығы артады. 1965 жылы Мур транзисторлардың тығыздығын зерттеді, ол кезде шығын ең төмен болады, және транзисторлар фотолитографияның жетістіктері арқылы кішірейтілген кезде бұл сан "жыл сайын шамамен екі есеге" өседі деп байқады. Деннард масштабтау 2005–2010 жылдары ағып кету тогына байланысты тоқтатылды. Бұзудың басты себебі – кішкентай өлшемде токтың ағып кетуі үлкен қиындықтар тудырады, сонымен қатар чиптің қызуына себеп болады, бұл жылулық қашу қаупін тудырады, демек энергия шығындарын одан әрі арттырады. Деннард масштабтаудан тағы бір айырмашылығы, Intel микропроцессорлары 2012 жылы 22 нм технологиясында жазық емес үш шлюзді FinFET құрылымын қабылдады, ол дәстүрлі жазық транзисторларға қарағанда жылдам және аз қуат тұтынады. Бір ядролы микропроцессорлардың өнімділігін жақсарту қарқыны айтарлықтай төмендеді. Бір ядролы өнімділік 1986–2003 жылдары жылына 52%, 2003–2011 жылдары жылына 23%, ал 2011–2018 жылдары жылына 7%-ға дейін төмендеді. Дегенмен, 1995–1999 жылдары жылдам IT инновацияларының арқасында қарқын жыл сайынғы 23%-ға дейін өсті, ал кейін 2010–2013 жылдары жыл сайынғы 2%-ға дейін төмендеді. Сапаға сәйкес микропроцессор бағасының жақсаруы жалғасып жатқанда, әсіресе ноутбук микропроцессорлары 2004–2010 жылдары жылына 25–35% жақсарды, ал 2010–2013 жылдары жылына 15–25% дейін баяулады. Чиптегі транзисторлардың саны сапаға сәйкес микропроцессор бағасын толық түсіндіре алмайды. Мурдың 1995 жылғы мақаласы Мур заңын қатаң сызықтылыққа немесе транзисторлардың санына шектемейді: «Мур заңының» анықтамасы жартылай өткізгіш өнеркәсібіне қатысты барлық нәрсеге қатысты, ол жартылай логарифмдік сызбада тура сызыққа жуықталады. Мен оның бастауын қарастырудан және осылайша оның анықтамасын шектеуден тартынамын». Кейін бұл болжам тым оптимистік деп есептелді. Бірнеше онжылдықтар бойы аймақтық тығыздықтың жылдам өсуі 2010 жылға қарай жыл сайынғы 30-дан 100%-ға дейін, содан кейін жыл сайынғы 10–15%-ға дейін төмендеді, себебі дискілік ортаның кішкентай түйіршіктеріне, жылулық тұрақтылығына және қолданыстағы магниттік өрістерді пайдалану арқылы жазу мүмкіндігіне байланысты шу пайда болды. Оптикалық талшық сыйымдылығы – оптикалық талшық арқылы секунд сайын жіберілетін биттердің саны Мур заңынан да жылдам, экспоненциалды түрде өседі. Дональд Кектің құрметіне Кек заңы. Желілік сыйымдылық – Белл Лабораториясындағы Лусенттің оптикалық желілік тобының бұрынғы басшысы Джеральд Баттерстің айтуынша, Мур заңымен аталымы жағынан паралельді Бутерс заңы деп аталатын фотониканың тағы бір нұсқасы бар. Бутерс заңы бойынша, оптикалық талшықтан шығатын деректердің көлемі әр тоғыз айда екі есеге көбейеді. Осылайша, оптикалық желі арқылы біт беру құны тоғыз айда жартысына дейін төмендейді. Толқын ұзындығын бөлу мультиплексі (кейде WDM деп аталады) бір талшыққа орналастырылатын сыйымдылықты 100 есеге дейін арттырды. Оптикалық желілер мен тығыз толқын ұзындығын бөлу мультиплексі (DWDM) желілердің құнын тез төмендетіп жатыр, және одан әрі жетістіктерге қол жеткізілетіні күтілуде. Нәтижесінде, деректердің көтерме бағасы дотком көпіршігі кезінде құлдырап кетті. Нильсен заңы бойынша пайдаланушыларға қолжетімді жолақтылық жыл сайын 50%-ға өседі. Бір долларға арналған пиксельдер – Сонымен қатар, Кодак Австралияның Барри Хенди сандық камераның негізгі бағасы ретінде бір долларға арналған пиксельдерді сызып көрсетті, бұл нарықтың тарихи сызықтығын (логарифмдік шкалада) және сандық камера бағасының, ЖК және ЖЭҚ экрандарының және ажыратылыстың болашақ тенденциясын болжау мүмкіндігін көрсетеді. Бұрын Intel компаниясының қызметкері болған ол бұл терминді 2000–2007 жылдар аралығында Microsoft Office-тің бірнеше нұсқаларын пайдаланып енгізді. Бұл кезеңде Мур заңы бойынша есептеу өнімділігінің жақсарғанына қарамастан, Office 2007 2000 жылғы компьютердегі Office 2000-мен салыстырғанда 2007 жылғы компьютердегі прототиптік компьютерде сол тапсырманы жартылай жылдам орындады. Кітапхана кеңеюі – 1945 жылы Фримонт Райдер жеткілікті орын болса, 16 жылда бір рет екі есеге көбейеді деп есептеді. Ол кітапхананың немесе басқа мекемелердің сұранысына қарай қайталана алатын шағын микроформалы аналогты фотосуреттермен көлемді, шіріп бара жатқан баспа шығармаларын ауыстыруды ұсынды. Ол онжылдықтар өткеннен кейін аналогты микроформаны цифрлық суреттермен, сақтау және беру орталарымен алмастыратынын көре алмады. Автоматтандырылған, ықтимал жоғалмайтын цифрлық технологиялар ақпарат өсу қарқынының өте жоғары деңгейге көтерілуіне мүмкіндік берді, бұл қазіргі заманда Ақпараттық дәуір деп аталады. Карлсон қисығы – бұл экономист басылымының биотехнологиялық эквиваленті Мур заңының сипаттамасы үшін қолданылатын термин, және ол автор Роб Карлсонның атымен аталған. Карлсон ДНК тізбектеу технологияларының екі есеге көбею уақыты (құны және өнімділігі бойынша өлшенгенде) Мур заңынан кем болмайтынын дәл болжады. Карлсон қисықтары ДНК тізбектеу, ДНК синтезі және белок өрнегінде және белок құрылымдарын анықтауда қолданылатын әртүрлі технологиялардың құнының жылдам төмендеуін және өнімділігінің артуын көрсетеді. Эрум заңы – бұл фармацевтикалық препаратты әзірлеуге қатысты байқау, ол Мур заңының кері жазылуы ретінде жазылған, осылайша басқа технологиялардың (мысалы, транзисторлар) экспоненциалды дамуымен салыстыру үшін. Ол жаңа препаратты әзірлеу құны шамамен тоғыз жыл сайын екі есеге көбейеді деп мәлімдейді. Тәжірибе қисығының әсері – кез келген өнімнің немесе қызметтің күмулятивтік өндірісі екі есеге көбейген сайын, бірлік құны шамамен тұрақты пайыздық мөлшерде төмендейді. Бұл құбылыстың алғашқы жазбадағы сапалық сипаттамасы 1885 жылға дейін жетеді. 1936 жылы ұшақтардың құны туралы талқылауда қуат қисығы қолданылды. Эдхолм заңы – Фил Эдхолм телекоммуникация желілерінің (Интернетті қоса) жолақтылығы 18 ай сайын екі есеге көбейетінін байқады. Онлайн байланыс желілерінің жолақтылығы секундтан терабиттерге дейін өсті. Онлайн жолақтылығының жылдам өсуіне үлкен үлес қосып, Мур заңын іске қосатын MOSFET масштабтау себеп болды, өйткені телекоммуникациялық желілер MOSFET-терден құралған. Хайц заңы – жарықдиодтардың (LED) жарықтығы олардың өндіріс құны төмендеген сайын артады деп болжайды. Свансон заңы – күн фотоэлектрлік модульдерінің бағасы күмінді жіберілген көлем екі есеге көбейген сайын 20 пайызға төмендейді деген байқау. Қазіргі қарқынмен құн шамамен 10 жыл сайын 75%-ға төмендейді.

This is the formulation given in Moore's 1965 paper. As more transistors are put on a chip, the cost to make each transistor decreases, but the chance that the chip will not work due to a defect increases. In 1965, Moore examined the density of transistors at which cost is minimized, and observed that, as transistors were made smaller through advances in photolithography, this number would increase at "a rate of roughly a factor of two per year". Dennard scaling ended in 2005–2010, due to leakage currents. The primary reason cited for the breakdown is that at small sizes, current leakage poses greater challenges, and also causes the chip to heat up, which creates a threat of thermal runaway and therefore, further increases energy costs. In another departure from Dennard scaling, Intel microprocessors adopted a non planar tri gate FinFET at 22 nm in 2012 that is faster and consumes less power than a conventional planar transistor. The rate of performance improvement for single core microprocessors has slowed significantly. Single core performance was improving by 52% per year in 1986–2003 and 23% per year in 2003–2011, but slowed to just seven percent per year in 2011–2018. The pace accelerated, however, to 23% per year in 1995–1999 triggered by faster IT innovation, and later, slowed to 2% per year in 2010–2013. While quality adjusted microprocessor price improvement continues, Laptop microprocessors in particular improved 25–35% per year in 2004–2010, and slowed to 15–25% per year in 2010–2013. The number of transistors per chip cannot explain quality adjusted microprocessor prices fully. Moore's 1995 paper does not limit Moore's law to strict linearity or to transistor count, "The definition of 'Moore's Law' has come to refer to almost anything related to the semiconductor industry that on a semi log plot approximates a straight line. I hesitate to review its origins and by doing so restrict its definition." The prediction was later viewed as over optimistic. Several decades of rapid progress in areal density slowed around 2010, from 30 to 100% per year to 10–15% per year, because of noise related to smaller grain size of the disk media, thermal stability, and writability using available magnetic fields. Fiber optic capacity – The number of bits per second that can be sent down an optical fiber increases exponentially, faster than Moore's law. Keck's law, in honor of Donald Keck. Network capacity – According to Gerald Butters, the former head of Lucent's Optical Networking Group at Bell Labs, there is another version, called Butters' Law of Photonics, a formulation that deliberately parallels Moore's law. Butters' law says that the amount of data coming out of an optical fiber is doubling every nine months. Thus, the cost of transmitting a bit over an optical network decreases by half every nine months. The availability of wavelength division multiplexing (sometimes called WDM) increased the capacity that could be placed on a single fiber by as much as a factor of 100. Optical networking and dense wavelength division multiplexing (DWDM) is rapidly bringing down the cost of networking, and further progress seems assured. As a result, the wholesale price of data traffic collapsed in the dot com bubble. Nielsen's Law says that the bandwidth available to users increases by 50% annually. Pixels per dollar – Similarly, Barry Hendy of Kodak Australia has plotted pixels per dollar as a basic measure of value for a digital camera, demonstrating the historical linearity (on a log scale) of this market and the opportunity to predict the future trend of digital camera price, LCD and LED screens, and resolution. formerly of Intel, introduces this term using successive versions of Microsoft Office between the year 2000 and 2007 as his premise. Despite the gains in computational performance during this time period according to Moore's law, Office 2007 performed the same task at half the speed on a prototypical year 2007 computer as compared to Office 2000 on a year 2000 computer. Library expansion – was calculated in 1945 by Fremont Rider to double in capacity every 16 years, if sufficient space were made available. He advocated replacing bulky, decaying printed works with miniaturized microform analog photographs, which could be duplicated on demand for library patrons or other institutions. He did not foresee the digital technology that would follow decades later to replace analog microform with digital imaging, storage, and transmission media. Automated, potentially lossless digital technologies allowed vast increases in the rapidity of information growth in an era that now sometimes is called the Information Age. Carlson curve – is a term coined by The Economist to describe the biotechnological equivalent of Moore's law, and is named after author Rob Carlson. Carlson accurately predicted that the doubling time of DNA sequencing technologies (measured by cost and performance) would be at least as fast as Moore's law. Carlson Curves illustrate the rapid (in some cases hyperexponential) decreases in cost, and increases in performance, of a variety of technologies, including DNA sequencing, DNA synthesis, and a range of physical and computational tools used in protein expression and in determining protein structures. Eroom's law – is a pharmaceutical drug development observation which was deliberately written as Moore's Law spelled backwards in order to contrast it with the exponential advancements of other forms of technology (such as transistors) over time. It states that the cost of developing a new drug roughly doubles every nine years. Experience curve effects says that each doubling of the cumulative production of virtually any product or service is accompanied by an approximate constant percentage reduction in the unit cost. The acknowledged first documented qualitative description of this dates from 1885. A power curve was used to describe this phenomenon in a 1936 discussion of the cost of airplanes. Edholm's law – Phil Edholm observed that the bandwidth of telecommunication networks (including the Internet) is doubling every 18 months. The bandwidths of online communication networks has risen from bits per second to terabits per second. The rapid rise in online bandwidth is largely due to the same MOSFET scaling that enabled Moore's law, as telecommunications networks are built from MOSFETs. Haitz's law predicts that the brightness of LEDs increases as their manufacturing cost goes down. Swanson's law is the observation that the price of solar photovoltaic modules tends to drop 20 percent for every doubling of cumulative shipped volume. At present rates, costs go down 75% about every 10 years.