V kapse nosíme superpočítače, které by před pár desítkami let zaplnily celou místnost. Video v ultra vysokém rozlišení streamujeme bez zaváhání a umělá inteligence překládá jazyky v reálném čase. Za touto neuvěřitelnou akcelerací technologického pokroku stojí jednoduché, avšak prorocké pozorování, které po více než půl století formovalo digitální svět: Moorův zákon.
Tento „zákon“ není fyzikální konstantou jako rychlost světla, ale spíše ekonomickým a technologickým pozorováním, které se stalo sebenaplňujícím proroctvím. V roce 1965 si Gordon Moore, tehdejší ředitel výzkumu ve společnosti Fairchild Semiconductor a pozdější spoluzakladatel gigantu Intel, povšiml fascinujícího trendu. V článku pro časopis Electronics Magazine předpověděl, že počet tranzistorů, které lze umístit na integrovaný obvod, se každý rok zdvojnásobí, zatímco cena zůstane stejná. O deset let později, v roce 1975, svou předpověď upravil na zdvojnásobení každé dva roky.
A právě tato jednoduchá myšlenka odstartovala revoluci. Moorův zákon se stal nepsaným jízdním řádem pro celý polovodičový průmysl. Inženýři a výzkumníci v společnostech jako Intel, AMD a další brali tuto předpověď jako cíl, který je třeba splnit. Byla to výzva, která poháněla inovace, nutila k neustálé miniaturizaci a vedla k exponenciálnímu růstu výpočetního výkonu.
Motor, který změnil svět
Dopad Moorova zákona na naši civilizaci je těžké přecenit. Každé zdvojnásobení počtu tranzistorů znamenalo, že počítače se staly nejen výkonnějšími, ale také menšími, levnějšími a energeticky úspornějšími. To, co začalo jako nástroj pro armádu a obří korporace, se postupně stalo dostupné pro každého.
Bez Moorova zákona by neexistovala revoluce osobních počítačů v 80. letech. Internet by se nikdy nestal masovým médiem, protože by chyběla dostupná a výkonná zařízení pro přístup k němu. Éra smartphonů, která dala výpočetní sílu do dlaně miliardám lidí, by byla pouhou sci-fi. Fenomény jako cloud computing, analýza velkých dat (Big Data) a současný boom umělé inteligence jsou přímým důsledkem desetiletí spolehlivého, předvídatelného růstu, který Moorův zákon garantoval. Stal se tepajícím srdcem Silicon Valley a ekonomickým motorem globálního technologického pokroku.
Narážíme na hranice fyziky
Každá exponenciální křivka však dříve či později narazí na své limity. V posledním desetiletí je stále zřejmější, že zlatá éra Moorova zákona se chýlí ke konci. Inženýři se potýkají s fundamentálními fyzikálními bariérami. Tranzistory jsou dnes tak malé – měří se v jednotkách nanometrů –, že se přibližují velikosti jednotlivých atomů.
Při takových rozměrech začínají dominovat podivné jevy kvantové mechaniky. Dochází k takzvanému „kvantovému tunelování“, kdy elektrony jednoduše „prosakují“ izolačními bariérami, což způsobuje chyby a nestabilitu čipu. Dalším obrovským problémem je teplo. Soustředění miliard tranzistorů na ploše nehtu generuje obrovské množství odpadního tepla, jehož efektivní odvod se stává téměř neřešitelným úkolem.
K fyzikálním limitům se přidávají i ty ekonomické. Náklady na výstavbu nových továren na výrobu čipů (tzv. „fabs“) rostou astronomickým tempem a šplhají k desítkám miliard dolarů. Jen hrstka společností na světě si může takovou investici dovolit, což zpomaluje tempo inovací.
Život po Moorově zákoně
Znamená to tedy konec pokroku? Vůbec ne. Spíše jsme svědky změny paradigmatu. Místo toho, aby se průmysl soustředil pouze na zmenšování tranzistorů (tzv. „scaling“), hledá nové cesty, jak zvyšovat výkon.
Jedním ze směrů je specializace. Místo jediného univerzálního procesoru (CPU) se objevují čipy navržené na míru pro konkrétní úkoly – grafické karty (GPU) pro paralelní výpočty a AI, tenzorové procesorové jednotky (TPU) pro strojové učení a další.
Další inovací je přechod do třetího rozměru. Inženýři se učí vrstvit čipy na sebe (3D stacking), což umožňuje hustší propojení a vyšší výkon bez nutnosti další miniaturizace v jedné rovině. Zkoumají se také zcela nové materiály, jako je grafen nebo uhlíkové nanotrubičky, které by mohly v budoucnu nahradit křemík. A na vzdáleném horizontu se rýsuje revoluce v podobě kvantových počítačů, které fungují na zcela odlišných principech.
Moorův zákon možná umírá, ale jeho duch žije dál. Jeho odkazem je neúnavná snaha posouvat hranice možného. I když už tempo nebude tak zběsilé a předvídatelné, hon za vyšším výpočetním výkonem nekončí. Pouze vstupuje do nové, komplexnější a možná ještě zajímavější éry.
