Pada tahun 1965, seorang peneliti bernama Gordon Moore menulis artikel pendek untuk majalah Elektronik. Dia sedang memimpin R&D di Fairchild Semiconductor pada saat itu. Judulnya jelas: “Menjejalkan lebih banyak komponen ke dalam sirkuit terpadu.”
Moore memperhatikan sesuatu yang spesifik. Perusahaan seperti Fairchild menggandakan jumlah komponen terpisah pada satu inci persegi silikon setiap 12 bulan. Itu adalah pertumbuhan eksponensial. Jika Anda mengambil sebuah chip dari tahun 1964 dan membandingkannya dengan chip dari tahun 1965, chip yang lebih baru memiliki transistor dua kali lebih banyak. Dia memperkirakan hal ini akan terus terjadi. Tanpa batas waktu. Sampai fisika menghalanginya.
Dua Pilar Hukum Moore
Pengamatan Moore bukanlah sesuatu yang ajaib. Ia bertumpu pada dua kaki yang rapuh. Pertama, Anda memerlukan kemajuan teknologi. Anda harus memikirkan cara mengecilkan elemen. Kedua, Anda memerlukan ilmu ekonomi. Manufaktur massal harus cukup murah untuk mendukung penelitian dan pengembangan. Jika prosesnya memakan biaya terlalu besar, trennya akan mati.
Kita tidak menyebutnya sebagai “hukum” karena alam semesta tidak peduli dengan jadwal kita. Tidak ada aturan mendasar yang mengatakan bahwa sirkuit terintegrasi baru harus dua kali lebih kuat dari sirkuit terintegrasi sebelumnya. Ini adalah ramalan yang terwujud dengan sendirinya. Perusahaan seperti Intel menghabiskan miliaran dolar untuk mengimbanginya. Mereka melakukannya demi kebanggaan. Mereka melakukannya untuk mendominasi pasar. Namun apakah prediksi berusia hampir 50 tahun itu masih relevan?
Lompatan Kuantum
Jawaban singkatnya adalah ya, tetapi dengan tanda bintang. Definisi “penggandaan” telah bergeser. Kami tidak hanya menambahkan transistor lagi. Kami mengubah cara kerjanya.
Lihatlah bagaimana skala chip modern. Ini bukan hanya tentang membuat titik-titik kecil. Ini tentang penumpukan 3D. Produsen bergerak melampaui bidang 2D tradisional. Mereka menumpuk lapisan memori di atas lapisan logika. Di sinilah letak keuntungan sesungguhnya yang tersembunyi sekarang.
“Hukum Moore telah menjadi semacam ramalan yang terwujud seiring dengan upaya produsen chip untuk mengikutinya.”
Mengapa ini penting bagi Anda? Karena ponsel, laptop, dan kulkas pintar Anda semuanya mengandalkan penskalaan ini. Ketika penggandaan melambat, harga naik. Dataran tinggi kinerja. Anda menyadarinya ketika perangkat baru Anda tidak terasa “dua kali lebih cepat” dari perangkat lama.
Ekonomi Pengembalian yang Menurun
Inilah rahasia kotor pembuatan chip. Dibutuhkan biaya lebih besar untuk membuat setiap generasi chip berikutnya. Pabrik yang membuat chip 14 nanometer lebih murah dibandingkan pabrik yang membuat chip 3 nanometer. Biaya penelitian dan pengembangan sangat besar.
Jadi, “hukum” itu bengkok. Itu tidak rusak. Itu semakin mahal. Perusahaan menemukan cara baru untuk mengemas kepadatan. Mereka menggunakan litografi ultraviolet ekstrim (EUV). Mereka mendesain ulang arsitektur. Tujuannya masih sama: memuat lebih banyak ke dalam ruang yang lebih sedikit. Namun biaya per transistor meningkat.
Akankah tren ini berlanjut? Mungkin. Namun definisi “lebih banyak komponen” sedang berubah. Ini bukan hanya tentang kuantitas. Ini tentang kualitas. Dan efisiensi.
Lompatan selanjutnya tidak hanya lebih kecil. Ini lebih pintar. Dan itu membutuhkan uang.
Setiap tahun, seseorang mendeklarasikan berakhirnya Hukum Moore. Kritikus biasanya salah. Transistor di dalam CPU Anda sekarang sangat kecil sehingga Anda tidak dapat melihatnya dengan mikroskop cahaya. Kita berada jauh di dalam skala nano. Fisika berubah di sini. Aturan klasik runtuh. Mekanika kuantum mengambil alih. Ini menjadi aneh.
Misalnya terowongan kuantum. Bayangkan sebuah elektron bukan sebagai bola padat, tetapi sebagai gelombang. Gelombang itu mempunyai bentuk. Kurva lonceng. Ujung yang sempit menunjukkan di mana mungkin elektron berada. Bagian tengah yang lebar adalah tempat kemungkinan berada. Sekarang, bayangkan gelombang ini menghantam sebuah penghalang. Celah antara dua konduktor. Jika gelombang menyentuh sisi lain, elektron berpeluang muncul di sana. Itu menerobos. Seharusnya hal itu tidak bisa dilakukannya. Tapi itu benar.
Ini adalah masalah bagi chip. Mikroprosesor adalah sistem jalan untuk elektron. Transistor adalah gerbang. Mereka mengontrol aliran. Gerbang yang tertutup menghalangi lalu lintas. Tapi mengecilkan gerbang itu terlalu jauh. Anda menabrak dinding kuantum. Elektron bocor. Komputer mendapat data buruk. Perhitungan gagal.
Para insinyur telah memperjuangkan hal ini selama bertahun-tahun. Mereka mengganti materi. Mereka membangun gerbang 3D. Mereka meningkatkan efisiensi. Ini membeli waktu. Namun Hukum Moore bertahan karena alasan lain. Kami terus mengubah definisi “Hukum Moore”.
Apa sebenarnya yang diprediksi oleh Hukum Moore saat ini?
Pengamatan aslinya sederhana. Gordon Moore, salah satu pendiri Intel, memperhatikan bahwa jumlah transistor pada sebuah chip meningkat dua kali lipat setiap dua tahun. Itulah prediksinya. Itulah hukumnya.
Saat ini, tidak ada lagi yang mengukur jumlah transistor. Itu terlalu berisik. Terlalu sulit untuk menghitung struktur 3D yang kecil. Industri mengubah metriknya. Sekarang, kita melihat kinerja per watt. Atau kecepatan jam. Atau bahkan fakta bahwa chip masih semakin murah per unit kinerjanya.
Ketika orang bertanya bagaimana Hukum Moore masih relevan, jawabannya bukan lagi prediksi tentang geometri. Ini adalah prediksi tentang perekonomian. Keripik masih menjadi lebih efisien. Mereka masih menyediakan lebih banyak daya komputasi dengan biaya yang sama atau lebih rendah. Kurvanya bertahan. Bukan karena transistor semakin kecil, tetapi karena para insinyur semakin pintar dalam mengemasnya.
Pergeseran dari ukuran ke arsitektur
Kami menabrak dinding dengan transistor planar. Anda hanya dapat mengecilkan transistor datar sebelum kebocoran mematikan baterai dan CPU. Solusinya bukan hanya kabel yang lebih kecil. Itu adalah ruang vertikal.
Masukkan FinFET. Transistor ini membungkus saluran. Seperti sirip di dalam air. Mereka memberi gerbang kontrol yang lebih baik atas aliran elektron. Lebih sedikit kebocoran. Performa lebih baik. Pergeseran arsitektur ini memungkinkan industri untuk terus meningkatkan kinerjanya dua kali lipat, bahkan ketika ukuran fisik masing-masing komponen berhenti menyusut pada tingkat yang sama.
Kemudian muncullah revolusi multi-core. Jika satu inti tidak dapat bekerja lebih cepat, tambahkan lebih banyak inti. Hal ini mengubah metrik yang mana yang penting. Ini bukan hanya tentang kecepatan. Itu tentang hasil. Perangkat seluler membutuhkan ini. Server membutuhkan ini. Definisi “kemajuan” diperluas hingga mencakup paralelisme.
Mengapa ini penting untuk peningkatan Anda berikutnya
Anda tidak perlu mengetahui mekanika kuantum untuk mempedulikan hal ini. Anda peduli karena ekspektasi Anda ditentukan oleh “hukum” ini. Jika Hukum Moore sudah mati, Anda mungkin berpikir stagnasi teknologi akan terjadi. Tidak. Metodenya baru saja berubah.
Kami beralih dari penskalaan kepadatan ke akselerasi khusus. GPU. TPU. Unit pemrosesan saraf. Chip ini tidak hanya bergantung pada transistor kecil saja. Mereka mengandalkan arsitektur yang dirancang untuk tugas-tugas tertentu. Ini adalah batas baru hukum. Ini tentang berbuat lebih banyak dengan lebih sedikit.
Akhir dari Hukum Moore hanyalah sebuah mitos. Definisinya hanyalah sasaran yang bergerak. Dan kami masih bergerak.
Hukum Moore tidak pernah benar-benar berbicara tentang fisika. Hal ini merupakan janji yang spesifik: jumlah komponen terpisah pada sirkuit terpadu yang baru diproduksi akan berlipat ganda setiap dua belas bulan. Kami memalsukan angka itu sekarang. Orang dalam industri mengatakan hal ini terjadi setiap 18 hingga 24 bulan. Dan kami tidak lagi hanya menghitung elemen.
Kami telah menggeser tiang gawang. Interpretasi modern atas Hukum Moore berfokus pada kekuatan pemrosesan, bukan komponen fisik. Idenya cukup sederhana untuk perkiraan kasar. Berikan industri waktu 18 hingga 24 bulan. Perhatikan kecepatan mikroprosesor berlipat ganda. Ini tidak berarti jumlah transistor pada chip tahun 2012 dua kali lebih banyak dibandingkan tahun 2010. Ini berarti kami menemukan cara yang lebih baik untuk mendesain chip tersebut. Efisiensi mengalahkan volume mentah. Kami mendapatkan peningkatan kecepatan tanpa memerlukan pertumbuhan eksponensial dalam jumlah komponen.
Mendefinisikan ulang hukum dengan cara ini akan memperluas kegunaannya. Produsen menggabungkan teknologi fabrikasi baru dengan arsitektur yang lebih baik. Mereka mengimbangi. Pengamatan tersebut tetap relevan.
Apakah Mendefinisikan Ulang Hukum Moore adalah Kecurangan?
Rasanya seperti itu. Gordon Moore meramalkan pada tahun 1965 bahwa sebuah chip yang dibuat pada tahun 1975 akan menampung 65.000 transistor. Dia benar. Saat ini, Intel membangun prosesor dengan 2,6 miliar transistor. Matematika telah berubah. Kepadatannya gila. Komputer memproses data lebih cepat dari sebelumnya. PC rumahan saat ini memiliki kekuatan yang sama besarnya dengan superkomputer awal beberapa dekade yang lalu.
Tapi apakah penting jika kita tidak menggandakan jumlah transistor? Jika kita hidup di era pasca-PC, seperti yang pernah dikemukakan Steve Jobs, mungkin tenaga mentah kurang relevan. Mungkin portabilitas dan efisiensi energi lebih penting. Jika itu benar, Hukum Moore berakhir bukan karena kita menemui hambatan fisik. Ini berakhir karena tidak lagi masuk akal secara ekonomi. Mengapa terus mendorong batasan jika pasar tidak menghargai siklus tambahan?
Siapa yang Sebenarnya Membutuhkan Kekuatan?
Beberapa pembeli masih menuntut standar tertinggi. Penggemar video game membutuhkannya. Para profesional yang bekerja dengan media definisi tinggi mendambakannya. Mereka memerlukan setiap ons kekuatan pemrosesan yang dapat mereka peroleh.
Bagaimana dengan kita semua?
Kita mungkin mengubah komputer pribadi kita menjadi terminal bodoh. Kami mengakses semuanya melalui cloud. Namun awan bukanlah keajaiban. Itu komputer orang lain. Di suatu tempat, pasti ada mesin dengan prosesor kuat yang menangani beban tersebut. Permintaan bergeser. Itu tidak hilang.
Mungkin kita akan melihat penyesuaian lain pada Hukum Moore dengan waktu tunggu yang lebih lama. Definisinya mungkin lebih luas lagi. Prosesor mungkin lebih jarang menggandakan daya. Dengan sejarahnya yang bisa berubah, konsep ini sepertinya akan bertahan. Dalam bentuk apa pun, ia akan bertahan.
Catatan Penulis
Pertanyaan yang Sering Dijawab
Apa Hukum Moore secara sederhana?
Hukum Moore adalah prinsip bahwa jumlah transistor pada microchip berlipat ganda setiap dua tahun. Gordon Moore membuat undang-undang tersebut pada tahun 1965.
