Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Introduzione alla microtecnologia/La legge di Moore

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La legge di Moore[modifica]

Nel 1965, Gordon Moore, uno dei fondatori della Fairchild Semiconductor Company e in seguito della Intel Corporation, azzardò una previsione sullo sviluppo futuro dell’elettronica integrata che va nota sotto il nome di “legge di Moore” e che sorprendentemente avrebbe dovuto mostrarsi corretta per i quaranta anni seguenti e ancora oltre.

Nella formulazione originaria, Moore dapprima argomenta che, per una data tecnologia, aumentando il numero di componenti per chip il costo diminuisce, fino a quando pero’ la crescente complessità del sistema non fa lievitare i costi; esisterà quindi una certa densità di impaccamento dei componenti su chip che garantisce il costo minimo.

Aumento del numero dei componenti per chip negli anni (Fonte en.wikipedia)
Microprocessore Anno di introduzione n. Transistors Clock
4004 1971 2250 740 kHz
8080 1974 4.500 2 MHz
8086 1978 29 k 5 MHz
FOCUS 1982 450 k 18 MHz
SPARC 1986 800 k 40 MHz
Pentium 1993 3.1 M 66 MHz
Pentium II 1997 7.5 M 300 MHz
Athlon 1999 22 M 1 GHz
Opteron 2003 106 M 2.4 GHz
Core 2 2006 291 M 2.6 GHz
Xeon 2010 2.3 G 2.6 GHz

Sulla base dei dati dei primi anni di sviluppo, Moore prevede un costante avanzamento tecnologico, che porterà all’aumento della densità ottimale. Graficando i dati disponibili all’epoca, Moore argomenta poi che la curva di fit si possa estrapolare, portando alla seguente previsione: il numero di componenti di minimo costo che trovano posto su un singolo chip si raddoppia circa ogni anno. Questa è la formulazione originaria di quella che poi divenne celebre come Legge di Moore.


La legge di Moore non è affatto una legge, ma solo un’osservazione empirica; tuttavia è straordinario come l’intuizione di Moore sia riuscita a prevedere correttamente lo sviluppo tecnologico nei successivi 40 anni e più. La tabella a lato mostra l'aumento del numero di componenti per chip e la velocità (clock) dei microprocessori nel corso degli anni, fino ai giorni nostri: il tasso di crescita attuale è di un raddoppio del numero di componenti per chip ogni 18 mesi circa. Dal dato del 1965 (50 componenti per chip) siamo oggi arrivati ad un numero di componenti dell’ordine di qualche miliardo. Il clock sembra stabilizzarsi negli ultimi 5 anni, ma l'introduzione di multi-core velocizza in maniera differente le operazioni di calcolo e praticamente incrementa la potenza di calcolo.


Diminuzione negli anni delle dimensioni minime dei dispositivi semiconduttori microfabbricati; l'andamento rispecchia le previsioni della legge di Moore

La legge di Moore può essere estesa a vari altri aspetti importanti per la fabbricazione di circuiti integrati. Come prima cosa, il raddoppio della densità dei componenti su chip implica che l’estensione superficiale dei componenti stessi diminuisca corrispondentemente di un fattore due ogni 18 mesi, ovvero il più piccolo particolare realizzabile diventi di 0.7 volte più piccolo ogni 18 mesi; ogni passaggio di scala rappresenta una diversa generazione tecnologica, denominata “nodo tecnologico”. Questa denominazione è stata molto usata nel passato per dare un riferimento chiaro e rappresentativo dello stato dell’arte della tecnologia. La dimensione tipica da considerare come riferimento per definire un nodo tecnologico è la metà della distanza fra celle vicine in un chip contenente memoria DRAM (“DRAM half-pitch”). Il grafico mostra come si sia passati dai vari micron degli anni 80 ai 45 nm del 2010 e le previsioni per il futuro.


La comunità degli esperti di dispositivi semiconduttori pubblica annualmente un report sullo stato dell'arte e sulle prospettive di sviluppo del settore, l'International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Oltre a densità di componenti e dimensione minima, la legge di Moore può essere tradotta in previsioni per altre grandezze interessanti: il costo per elemento, la potenza necessaria, la compattezza dei dispositivi finali e così via. Ritorneremo sulla legge di Moore più avanti, una volta discusse le varie tecniche di fabbricazione, per vedere in che modo si sia potuto passare da una generazione tecnologica all’altra e come si pensi di arrivare ai 32 nm entro il 2013 e ai 15 nm entro il 2020.

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Riferimenti sulla legge di Moore[modifica]