La llei de Moore, una profecia autoacomplerta.

La capacitat dels ordinadors es duplica cada any i mig. Aquesta frase, enunciada com la llei de Moore l’hem sentida un munt de vegades. Però què és exactament?

Primer de tot cal situar la frase en el seu context. Aquesta llei neix d’un article publicat a la revista Electronics Magazine el 1965. En aquest article Moore fa un estudi i una defensa del circuits integrats que en aquells moments començaven a desenvolupar-se. La referència que es fa en concret sobre la llei de Moore és que en el període estudiat la complexitat dels components s’han multiplicat per un factor de 2 cada any i que no es preveu que aquest factor canviï significativament en els propers 10 anys, fins a 1975.

Un circuit integrat és un conjunt de components electrònics que realitzen algun tipus de funció. Actualment s’identifica un circuit integrat amb un “xip”. Dins de cada “xip” hi ha components electrònics dissenyats per tal de realitzar diferents tasques. Per exemple els ordinadors tenen un xip que és l’encarregat de realitzar les tasques que li demanem de fer, l’amplificador de la radio hi ha un xip que fa el senyal que rep l’aparell més gran per poder-lo sentir.

El component bàsic dels xips, i segurament de l’electrònica en general, són uns elements anomenats transistors. Aquests components s’usen com a interruptors controlats elèctricament en l’electrònica digital o com a amplificadors en l’electrònica analògica. Els transistors estan fets de materials anomenats semiconductors ( silici, germani, etc. )

Dins d’un transistor hi ha 3 zones diferenciades, dues amb el mateix tipus de semiconductor situades als extrems i separades per una altra zona creada amb un tipus diferent de semiconductor. En aquesta zona intermèdia és on en funció de l’electricitat que s’apliqui es crea un canal o camí que permet passar l’electricitat d’un costat a l’altre. L’amplada d’aquest canal és el factor més important per tal de poder reduir la mida del transistor. En l’actualitat s’està treballant amb canals entre 10 i 14nm , a l’any 1971 es treballava amb canals de 10µm. ( nanòmetres, 10nm = 0.000000010 metres. Micròmetre, 10µm = 0.000010 metres )

Aquesta reducció del canal al llarg dels anys és, entre d’altres factors, el que permet que en una mateixa superfície hi hagi una quantitat més gran de transistors i per tant com deia Moore el 1965 que és pugui augmentar la complexitat dels components d’un circuit integrat.

Però és realment la llei de Moore una llei física? El terme “llei de Moore” va aparèixer per primer cop el 1970, basant-se en l’article publicat el 1965 per Moore. Però tot i el seu nom no és una llei com la coneixem habitualment sinó una descripció observacional acurada i una projecció de futur que s’ha mantingut més o menys fins els nostres dies. Tot i això en l’article original, es parlava de doblar el nombre de transistors integrats anualment i el 1975 el mateix Moore va actualitzar la seva predicció per parlar de doblar cada 2 anys.

Estem doncs davant d’una descripció observacional què s’ha mantingut en el temps. Com és possible? La resposta a aquesta pregunta és la teoria de la profecia autoacomplerta.

Des que apareix el terme llei de Moore, cal recordar que Moore és un dels fundadors d’Intel, el sector dels semiconductors l’assumeix com a estratègica. Les investigacions, les nous projectes i tot el mercat dels semiconductors en general agafa la llei de Moore com a base per fer els seus marcar els seus objectius estratègics i en conseqüència això crea el autoacompliment de la profecia.

Durant aquests anys les investigacions han portat a l’evolució de la tecnologia usada per tal de fabricar circuits integrats que tot i no tenir a veure directament amb els conceptes plantejats per Moore el 1965 sí que han permès que es compleixi la llei i d’aquesta manera aconseguir els objectius que s’havia plantejat anteriorment el sector.

En l’actualitat hi ha diverses discussions sobre la validesa d’aquestes observacions per al futur de l’electrònica. Per una banda hi ha limitacions tècniques en els procediments i materials usats actualment, com ara les connexions metàl·liques entre components o la dissipació de la calor que generen els circuits integrats. Però aquestes limitacions són purament tècniques i s’estan investigant vies alternatives per superar aquestes limitacions amb l’ús de nous materials i d’altres procediments.

La limitació real de l’evolució es troba en l’amplada del canal dels semiconductors. El radi atòmic del silici és de 117,6pm ( Picòmetre, 1 pm = 0.000000000001 metres ) per tant en un canal de 10nm hi ha uns 85 àtoms de silici. Si es redueix més l’amplada d’aquest canal, i aquest és el punt més important en la reducció de la mida dels transistors, també es redueix el nombre d’àtoms que el formen.

Això presenta dos problemes. El primer és que al haver-hi menys àtoms també hi ha menys electrons per poder transportar electricitat. El segon és que al reduir el nombre d’àtoms que té el canal, aquests començaran a comportar-se seguint les lleis de la física quàntica enlloc de la física clàssica a que estem acostumats. La física quàntica es comporta de manera totalment diferent al que marca el nostre sentit comú i el que veiem en el nostre dia a dia, per exemple un electró pot estar en diversos llocs a l’hora.

No està clar quan s’assoliran aquests límits fonamentals de la física, que sí que són una llei i per tant hi ha diverses prediccions sobre el futur de la llei de Moore. De tota manera tard o d’hora s’hauran de desenvolupar noves tecnologies que no estiguin limitades per aquestes lleis fonamentals o que directament facin ús de la física quàntica. Veurem evolucions en els propers anys en aquests camps amb nous materials i nous dispositius, com ara els nano tubs de carboni o els ordinadors quàntics.