英語で読む日経サイエンス

SCIENTIFIC AMERICAN May 2015

The Search for a New Machine

新世代コンピューターを求めて

By John Pavlus J. パブラス
English 日本語 日本語
In a tiny, windowless conference room at the R&D headquarters of Intel, the world’s dominant microprocessor and semiconductor manufacturer, Mark Bohr, the company’s director of process architecture and integration, is coolly explaining how Moore’s law, as it is commonly understood, is dead—and has been for some time. This might seem surprising, given that Bohr is literally in the Moore’s law business: his job is to figure out how to make Intel’s current 14-nanometer-wide transistors twice as small within the decade. But behind his round-rimmed glasses, Bohr does not even blink: “You have to understand that the era of traditional transistor scaling, where you take the same basic structure and materials and make it smaller—that ended about 10 years ago.”  マイクロプロセッサー世界最大手の半導体メーカー,インテル。その研究開発本部にある窓のない小さな会議室で,上級フェローとしてプロセス設計・集積を統括するボーア(Mark Bohr)は淡々と,「ムーアの法則」が無効であることを説明してくれた。しばらく前から,この法則は死んでいる。
 ボーアはまさにムーアの法則によるビジネスに携わっているのだから,これは異様に聞こえるかもしれない。彼の仕事は,線幅14nmの現在のトランジスタのサイズを10年以内に半分にする方法を見つけることだ。だがボーアは丸眼鏡の向こうで瞬きひとつせず,真顔でこう語る。「トランジスタの基本構造と材質を変えずに小型化するという伝統的手法が通用する時代が10年ほど前に終わったことを理解しなければならない」。
In 1965 Gordon Moore, then director of R&D at Fairchild Semiconductor, published the bluntly entitled document “Cramming More Components onto Integrated Circuits.” Moore predicted that the number of transistors that could be built into a chip at optimal cost would double every year. A decade later he revised his prediction into what became known as Moore’s law: every two years the number of transistors on a computer chip will double.  1965年,当時フェアチャイルドセミコンダクターの研究開発担当取締役だったムーア(Gordon Moore)は,「集積回路により多くの部品を詰め込む」という素っ気ない表題の論文を発表した。1個のチップに最適コストで作り込めるトランジスタの数は毎年2倍になるだろうという予測だ。その10年後,彼はこれを「コンピューターチップ上のトランジスタの数は2年ごとに倍になる」と改訂した。ご存じの「ムーアの法則」だ。
Integrated circuits make computers work. But Moore’s law makes computers evolve. Because transistors are the “atoms” of electronic computation—the tiny switches that encode every 1 and 0 of a computer’s memory and logic as a difference in voltage—if you double the number of them that can fit into the same amount of physical space, you can double the amount of computing you can do for the same cost. Intel’s first general-purpose microprocessor, the 8080, helped to launch the PC revolution when it was released in 1974. The two-inch-long, candy bar–shaped wafer contained 4,500 transistors. As of this writing, Intel’s high-performance server central processing units (CPUs)—the highest-density chips commercially available—contain 4.5 billion transistors each. Inside Intel’s Hillsboro, Ore., fabrication facilities, or “fabs,” the company’s latest manufacturing process can etch features as small as 14 nanometers into a wafer of silicon. That is thinner than a bacterium’s flagellum. Such exponential growth in transistor density turned the room-sized, vacuum tube–powered calculating engines of the mid-20th century into the miniaturized silicon marvels of the early 21st.  集積回路はコンピューターを動かしている。だが,コンピューターを進化させてきたのは,ムーアの法則だ。コンピューターのメモリーと論理回路はすべてのデジタル情報(「1」と「0」)を電圧の違いとして表現し,小さなトランジスタでこれを切り替えている。トランジスタは電子計算の基本となる“原子”だから,同じ物理的スペースに2倍の数のトランジスタを集積すれば,同じコストで実行可能な計算量を2倍にできるだろう。
 1974年にインテルが発売した初の汎用マイクロプロセッサー「8080」はパソコン革命の口火を切った。長さ5cmほどのキャンディーバー形のこのチップは4500個のトランジスタを含んでいた。これに対し,この記事の執筆時点で市販されている最高集積度のチップ,インテルの高性能サーバー向けCPU(中央処理装置)は1個に45億個のトランジスタを含んでいる。
 オレゴン州ヒルズボロにある製造施設“ファブ”では,最新の製造プロセスによってシリコンウエハー上に大きさわずか14nmの構造が刻まれている。細菌の鞭毛よりも細い。トランジスタ集積密度の指数関数的な高まりによって,20世紀半ばに1部屋を占領していた真空管式の計算機が,現在の小さなシリコンチップに姿を変えた。
But even Moore’s law buckles under the laws of physics—and within a decade it will no longer be possible to maintain this un­­precedented pace of miniaturization. That is why chip manufacturers such as Intel, IBM and Hewlett-Packard (HP) are dumping billions of R&D dollars into figuring out a post–Moore’s law world.  だが,ムーアの法則も物理法則にはかなわない。これまでの驚異的な微細化のペースを維持することは,もはや不可能になるだろう。このためインテルやIBM,ヒューレットパッカード(HP)などの半導体メーカーは何十億ドルもの研究開発費を注ぎ込んで,“ムーアの法則後”の道を探っている。