インテルの共同創業者ゴードン・ムーア氏が提唱した、集積回路上のトランジスタの数は2年ごとに倍増するという有名な傾向が衰えつつある中、ある一流エンジニアは、パフォーマンスの向上のためにチップ設計を再考すべき時期が来ていると示唆している。
国防高等研究計画局（DARPA）のマイクロシステム技術部門のディレクター、ロバート・コルウェル氏は、カリフォルニア州スタンフォードで月曜日に開催されたホットチップス会議での講演で、技術者はチップサイズの縮小とプロセッサ速度の向上に注力するだけでなく、微調整、場合によっては基本的なマイクロプロセッサアーキテクチャの変更を検討し、チップの製造速度とコストの削減を図る必要があると述べた。
コルウェル氏は、ムーアの法則は今後も維持されるだろうという主張を否定し、技術者はチップ製造の設計と経済性について真剣に考えるべきだと述べた。
「早くても2020年、つまり宇宙が消滅したと言える時だと考えています。たった7年後です」とコルウェル氏は述べた。「7ナノメートルを考えています。2022年までなら説得できるかもしれませんし、1ナノメートルまでなら説得できるかもしれません。しかし、1ナノメートルまでは無理でしょう…物理学的にそれは不可能だと思います。」
ムーアの法則の明確化
ムーアの法則には様々な解釈があり、最も一般的な解釈は、チップ上のトランジスタ数が2年ごとに倍増し、チップの速度が向上するというものだ。しかしコルウェル氏は、1965年にインテルのゴードン・ムーア氏が、トランジスタあたりのコストがスケーリングによって低下するという経済性により重点を置いていたことを指摘し、その定義を明確にしようとした。
「実際のところ、チップに多くの部品を集積しようとするなら、その曲線上には最適な点がある。最適な点を超えても構わないが、部品単価の面でコストがかかる」とコルウェル氏は述べ、売上高がチップ製造数に比例すると仮定すると、最大の利益を上げることができるスイートスポットが存在すると付け加えた。
確かに、ある一定の形状を超えるとチップを小型化するのは難しくなるだろう。しかし、コルウェル氏は、最終的にムーアの法則を終わらせるのは物理学ではなく経済性だと述べた。チップメーカーがチップの小型化に投じた数十億ドルの投資に見合う利益を得られなくなった時こそ、ムーアの法則は破綻する。チップの経済性が崩壊するのを待つのではなく、今すぐイノベーションを始めるべきだ。
チップには現在、数十億個のトランジスタが搭載されており、クロック速度と性能を向上させる能力は限界に達しています。シリコンエンジンが失速した後、パワーゲーティングやターボといった小さなトリックや段階的な調整が、チップの性能向上のために短期間行われるでしょう。しかし、チップ設計者は早期に着手すべきであり、チップの根本的な設計を変えるような取り組みは、ムーアの法則の終焉前後を問わず、役立つ可能性があります。
コルウェル氏は、検討すべきアプローチの 1 つは、現在チップに統合されている命令セット アーキテクチャ、マイクロアーキテクチャ、回路、機能ブロック、その他の部分を分離し、特定のアプリケーション向けに調整することだと述べた。
「ムーアの法則の終焉は、再び特殊用途のものを設計する道を開くと思います」とコルウェル氏は述べ、1970年代にはベクトルプロセッサを使って特殊な浮動小数点配列を作ることができたと付け加えた。DARPAは量子コンピューティング、ナノテクノロジー、分散コンピューティングの分野で研究を行っているとコルウェル氏は述べた。
シリコンの代替品
大学や半導体企業の研究者たちは、シリコンに代わる新素材や先進的な製造技術の開発にも取り組んでいます。コルウェル氏は、これらの新技術はまだ実用化には程遠く、半導体メーカーはCMOSのような、実用的な代替技術が見当たらない技術に頼らざるを得ないだろうと述べています。
「CMOSは本当に素晴らしい技術です」とコルウェル氏は語った。「将来性がある（新しい技術）はたった2、3つしかありません。CMOSを超えるのは難しいのです。」
当面、パフォーマンスを向上させる方法としては、新しい素材、フォトニクス、光学、トランジスタを積み重ねる 3D スタッキングなどを利用することが考えられます。
コンピュータ業界以外では、自動車業界がムーアの法則終焉の影響を最も強く受けるだろうとコルウェル氏は述べた。過去30年間、ナビゲーションシステム、アンチロックブレーキ、誘導システムなど、自動車におけるイノベーションはすべて半導体によって推進されてきた。
「本当に素晴らしいと思いますが、すべてはコンピューターに基づいています。もし私たちが停滞したら、世代を超えて彼らはどのように生きていくのでしょうか？」とコルウェル氏は語った。「彼らはここ20～30年、電子機器に頼って生きてきたと思います。私たちが継続的に大幅な増加を提供しなければ、彼らが次に何をするのかは分かりません。」
コルウェル氏はまた、すべてのペンティアムチップの主任設計者だった元雇用主のインテルにも批判の矢を向けた。
「インテルは予測が下手だ。先を見据えて『5年後にはルールが変わっているだろうから、今日対応する必要がある。賭けに出よう』なんて考えない。そういうところもあるが、多くはない。でも、彼らが本当に得意とするのは、対応力だ」とコルウェルは語った。
