Quando vi mettete al polso l’ultimo smart watch o controllate il vostro iPhone, probabilmente non vi passa per la testa il fatto che questi dispositivi non esisterebbero senza la legge di Moore, che per 50 anni è stata utilizzata come modello di progettazione per rendere i computer più piccoli, più economici e più veloci.

Senza la legge di Moore è molto probabile che nuovi tipi di computer, come il visore HoloLens di Microsoft,  non sarebbero mai stati sviluppati. Per decenni la legge di Moore è stata una stella polare per lo sviluppo della moderna elettronica, anche se negli ultimi anni la sua rilevanza è stata messa in discussione.

La legge di Moore afferma che la densità dei transistor in un processore, e quindi la sua potenza, raddoppia ogni due anni

La legge di Moore non è una teoria scientifica, ma una serie di osservazioni e previsioni fatte dal co-fondatore di Intel Gordon Moore e descritte in un articolo pubblicato su Electronics Magazine il 19 aprile del 1965 (scarica il pdf). In seguito, Moore ha introdotto alcune modifiche. La sua previsione principale afferma che la densità dei transistor, o il numero di transistor su una data superficie e quindi le prestazioni del processore, sarebbero raddoppiati ogni due anni. Liberamente tradotto, significa che in un periodo tra 18 e 24 mesi è possibile acquistare un computer che è significativamente più veloce di quello che oggi si può avere con la stessa quantità di denaro.

L’industria elettronica ha originariamente interpretato che questo significasse che il semplice fattore di scala avrebbe reso i computer sempre più economici. Con l’aumento della densità, i chip si riducono in dimensioni , l’elaborazione si accelera e il costo per processore diminuisce. Negli ultimi cinque anni, il mondo tecnologico si è basato su questo concetto per elaborare piani di prodotto e strategie di produzione, portando a dispositivi sempre più piccoli, meno costosi e più veloci.

Anche i processi di produzione hanno fatto enormi progressi, specialmente sul fronte dei chip a basso consumo, contribuendo ad allungare la durata della batteria dei dispositivi.

Senza la Legge di Moore, “non credo che potremmo avere tanta potenza in uno smartphone che sta nel palmo della nostra mano”, ha detto Randhir Thakur, vice presidente esecutivo e direttore generale del Systems Group Silicon in Applied Materials.

Alcuni gli ingegneri hanno però previsto che la Legge di Moore è destinata a morire nei prossimi dieci anni, a causa di problemi fisici ed economici. I computer convenzionali potrebbero essere sostituiti da computer quantistici o sistemi neurali, che funzionano in modo diverso rispetto ai processori attuali. Il silicio potrebbe anche essere sostituito nuovi materiali, come il grafene o i nanotubi di carbonio.

Intel applicò le osservazioni di Moore inizialmente alle memorie, con l’obiettivo di avere un più basso costo per bit, e in seguito ai circuiti integrati. Il primo chip di Intel del 1971, il 4004, aveva 2.300 transistor. I chip più recenti hanno miliardi di transistor, sono 3.500 volte più veloci, e consumano 90.000 volte meno energia.

Da allora, la Legge di Moore è stata sufficientemente flessibile per adattarsi ai cambiamenti nel campo dell’informatica. È stata la forza che ha portato a pompare le prestazioni dei computer nel 1990, e che negli ultimi 10 ha contribuito a ridurre il consumo di energia, ha detto Mark Bohr, senior fellow di Intel.

“Il tipo di prestazioni che 15 anni fa avevamo sui computer desktop è ora disponibile in smartphone che teniamo nella nostra mano oggi”, ha detto Bohr.

La legge di Moore è utilizzata come principio guida nello sviluppo di computer indossabili, Internet delle Cose e anche per progettare robot in grado di riconoscere gli oggetti e prendere decisioni. Influisce anche su una vasta gamma di prodotti come automobili, dispositivi medici ed elettrodomestici, che per le proprie funzionalità contano sempre più su circuiti integrati, aggiunge Bohr.

Gli ingegneri concordano sul fatto che la legge di Moore abbia un limite intrinseco nella possibilità di ridurre le dimensioni: non si può scendere al di sotto dell’atomo. Ancor prima di arrivare a quel punto, però, ci si scontra con altri limiti fisici che hanno di fatto rallentato la crescita negli ultimi anni. Come lo stesso Moore ha dichiarato in una recente intervista su IEEE Spectrum, sta diventando “sempre più difficile” tenere il passo.

Per rimanere nella traccia indicata dalla legge di Moore, Intel ha dovuto investire tantissimo in innovazioni tecnologiche, l’ultima delle quali è la tecnologia di processo FinFET.ml3-100579798-large.idge

Innovazioni di Intel hanno mantenuto la legge di Moore chugging lungo, con la più recente tecnologia di avanzamento essendo FinFET, in cui i transistor vengono posti uno sopra l’altro in modo da poter concentrare più capacità sulla stessa superficie. Altre evoluzioni recenti sono state lo strained silicon e lo hight-k metal gate.  Intel investe tanto perché ogni giorno emergono nuove applicazioni affamate di potenza di calcolo, ma sta diventando sempre più difficile condensare un numero sempre maggiore di transistor in chip ogni volta più piccoli senza che questi diventino sensibili a una vasta gamma di errori e difetti che trascendono la capacità realizzativa. A certi livelli di miniaturizzazione, infatti, entrano in gioco effetti quantistici e limiti fisici invalicabili al momento.

Questi e altri problemi stanno spingendo il silicio verso un possibile pensionamento, sostituiti da nuovi materiali come i cosiddetti “composti III-V”, cioè quelli che comprendono elementi della terza e quinta colonna della tavola periodica, come per esempio arseniuro di gallio o arseniuro di gallio-indio.

“La legge di Moore sta trasformando in qualcosa che ha a che fare con i nuovi materiali”, ha detto Alex Lidow, un veterano del settore dei semiconduttori e CEO di Efficient Power Conversion (EPC).

EPC sta lavorando a materiali che possano sostituire il silicio, come nitruro di gallio (GAN), che è un miglior conduttore di elettroni e offre quindi ma maggiore efficienza energetica rispetto al silicio.

[quote_right]”Per la prima volta in 60 anni abbiamo validi esempi che puntano su materiali sostitutivi del silicio invece che sulla sola miniaturizzazione” (Alex Lidow).[/quote_right]

Oltre che per l’aspetto tecnologico, la produzione di chip sempre più piccoli e veloci sta segnando il passo anche per quanto riguarda la questione economica, perché i tassi di scarto nella realizzazione di questi chip sono sempre più elevati. Strumenti importanti come la litografia EUV (ultravioletto estremo), che trasferisce tracciati dei circuiti sui supporti, permetterebbero di ridurre i chip a dimensioni ancora più piccole, ma purtroppo non sono ancora disponibili.

Gli esperti non possono prevedere per quanti anni ancora la legge di Moore rimarrà valida, ma prima o poi smetterà di funzionare o sarà superata, perché gli sforzi fisici ed economici della miniaturizzazione non avranno più  senso pratico. Tuttavia, l’eredità della Legge di Moore continuerà a vivere come modello per abbattere il prezzo dei componenti.