L'anno delle nefaste profezie sulla legge di Moore

Per la legge di Moore il tempo è giunto. Adesso si cercano nuovi utilizzi del silicio per mantenerla in vita il più possibile.

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Era il 1965 quando il futuro co-fondatore di Intel, Gordon Moore, profetizzò che il numero dei componenti dei circuiti integrati sarebbe raddoppiato ogni anno finché non avrebbe raggiunto la cifra di 65.000 nel 1975.
Nel 1968 Gordon Moore fondò Intel e nel 1975 la sua profezia diventò realtà con sorprendente precisione. Fu allora che la predizione diventò una legge, che prevede che il numero dei transistor in un chip sarebbe raddoppiato ogni 2 anni.

Una legge economica

Moore si accorse che, grazie all'invenzione dei circuiti integrati su piccoli quadrati di Silicio, pochi anni prima, il prezzo di ogni pezzo di circuito sarebbe stato inversamente proporzionale al numero dei pezzi stessi presenti nel circuito.
Questo può essere banalmente tradotto dicendo che più transistor sarebbero stati aggiunti, meno sarebbe stato il prezzo del singolo transistor.
L'ingegneria della miniaturizzazione era ancora solo all'inizio, quindi Moore si accorse che c'erano ampi margini di progresso e da lì, in effetti, la sua legge ha accompagnato il progresso tecnologico per quasi mezzo secolo, riuscendo a predire in maniera quasi perfetta l'andamento della potenza di calcolo dei nuovi processori.
La costruzione di chip sempre più potenti e sempre più piccoli, diventò in breve tempo l'obiettivo principale della ricerca tecnologica, talmente fondamentale che da questo dipende tutt'oggi il progresso del mondo. Si stima che dalle innovazioni nel settore dell'informatica dipenda un terzo della crescita dell'intera economia americana dal 1974 ad oggi.
In effetti ogni nuovo aggeggio tecnologico non è altro che un traguardo di questo tipo di ricerca: dai megacalcolatori con poche migliaia di transistor, agli smartphone con milioni e milioni di quei "megacalcolatori" dentro, tutto è stato permesso dalla miniaturizzazione.

Una profezia autoavverante


Il 1965 era ancora l'inizio di quel boom tecnologico che ha portato l'umanità a vivere il periodo di più florido progresso di sempre. Sorprende vedere come Moore sia riuscito ad estrapolare da un grafico con pochi punti una legge così dura a morire.
La scelta di seguire tale legge è stata meramente economica e tutta nelle mani delle grandi aziende del silicio, che, con puntualità quasi svizzera, hanno immesso sul mercato i loro nuovi modelli di punta, che surclassavano esponenzialmente la potenza di calcolo dei precedenti seguendo le previsioni.

Più di mezzo secolo fa, quando i personal computer erano solo un sogno, Moore aveva previsto un futuro di automobili che si fossero guidate da sole, terminali connessi a internet ed equipaggiamento portatile per la comunicazione.
La ricerca si è buttata a capofitto nella creazione di quella terra promessa da Moore, tanto che, ogni anno dal 2001, quasi tutte le scoperte che hanno segnato un traguardo del progresso tecnologico, sono state possibili grazie a questo tipo di progresso.
Questo è stato vero finché non ci siamo trovati di fronte all'inevitabile impossibilità di miniaturizzare all'infinito.

La fine di un'era

Per Intel ci sono voluti ben 5 anni per sviluppare la tecnologia a 10 nanometri che ha fatto seguito a quella a 14 nanometri. Non riusciamo più a seguire il rate di progresso previsto da Moore ha detto Charles Leiserson, informatico del MIT e pioniere del calcolo parallelo.
Già da molti anni si dichiara la morte della legge di Moore e i dati non danno certo conforto a coloro che pretendono di seguire le vecchie guide, mentre il CEO di Nvidia dichiara definitivamente estinta l'era del progresso che seguiva la legge di Moore.

Una morte lenta

Già dal 1999 si navigava a vista e il futuro appariva buio: Moore stesso vedeva vicina la fine della sua profezia e alcuni ricercatori di Intel si preoccupavano degli effetti secondari che una miniaturizzazione sotto i 100 nanometri avrebbe portato. Molti temevano che non sarebbero riusciti a sviluppare tale innovazione entro il 2005 poiché gli effetti collaterali erano insormontabili e non vi era soluzione nota a quegli anni.

Gli scienziati, si sa, sono parecchio testardi e non accettano che qualcosa non sia possibile se non esiste una legge fisica che lo impedisce.
Sono nate molte tecnologie che hanno permesso di ottimizzare l'utilizzo degli elettroni e creare processi di costruzione sempre più sofisticati e precisi che, di fatto, ci hanno portato un ordine di grandezza al di sotto di quello che, solo 20 anni fa, si credeva essere il limite minimo.
Questo non è avvenuto senza sacrifici: la ricerca richiede fondi sempre maggiori tanto che si stima che dal 1971 i fondi investiti in essa sono aumentati di un fattore 18.
Il costo della costruzione di fabbriche in grado di stare al passo con i nuovi progressi tecnologici sta diventando proibitivo. Si stima che entro il 2022 saranno necessari più di 16 miliardi per mantenere una produzione all'avanguardia.
Tali costi non sono affrontabili facilmente, infatti il mercato si è drasticamente ristretto: dai 25 competitor del 2002 si è scesi a 10 nel 2010 e solo 3 per la generazione attuale. Una di queste aziende è Intel, che non si arrende ad accettare l'imminente fine della legge che prende il nome dal suo cofondatore.

Non è tutto finito

Jim keller, dal 2018 capo ingegnere della divisione Silicio di Intel, crede che sarà ancora possibile mantenere in vita la legge di Moore.
Keller ha addirittura fatto notare che, probabilmente, ci sono centinaia di soluzioni per raddoppiare la quantità di chip sui transistor, grazie alle soluzioni fornite dalle nuove tecnologie, come l'architettura 3D e nuovi design dei transistor.
Intel, sempre secondo Keller, ha previsto di portare avanti la sua tecnologia su silicio almeno per i prossimi 10 anni, portando i transistor su un chip all'impressionante numero di duemila miliardi, con una capacità di calcolo 30 volte superiore a quella attuale.
Tuttavia il punto è che il tempo in cui si aveva accesso a chip sempre più piccoli, veloci ed economici ogni due anni è davvero finito.

Dove porta il futuro

Le nuove frontiere della tecnologia attualmente sotto studio al MIT, prevedono l'aumento delle capacità di calcolo delle prossime CPU utilizzando architetture e software sempre più ottimizzati.
L'altissima capacità di calcolo delle macchine attuali permette ai programmatori di non focalizzarsi troppo sull'ottimizzazione dei programmi, prediligendo linguaggi informatici ad un più alto livello, come Python, ma con un più alto utilizzo di risorse, al posto di linguaggi di base, come C , che richiederebbero molto più lavoro ma molte meno risorse spese da parte del PC.
Lo sfruttamento dei multi-core nell'attuale generazione di programmi è molto povero, tanto che si è visto che la sola riscrittura di alcuni calcoli computazionalmente difficili da Python a C velocizzava il processo di un fattore 47.
In termini di tempo, facendo girare su un multicore a 18 processori un problema che in Python richiede 7 ore di calcolo, lo stesso problema viene risolto in soli 0.47 secondi se scritto in C.
Questo, ovviamente, non salva la legge di Moore così com'è, ma permette di ottenere delle migliorie non indifferenti in termini di prestazioni dall'hardware già esistente.

Altre compagnie, come Microsoft o Google, stanno concentrando le loro energie per sviluppare Intelligenze Artificiali e nodi di Deep Learning utilizzando chip altamente specializzati, come quelli prodotti per le GPU, che utilizzano un numero molto grande di processori in parallelo (molto più grande di quello che è usato dalle CPU) per aumentare le capacità di calcolo dei dispositivi, ma la loro architettura pecca in versatilità.

Il futuro non è ancora vicino. Mentre la legge di Moore esala i suoi ultimi respiri, si sta facendo l'impossibile per mantenerla in vita perché non si sa ancora quale tecnologia andrà davvero a sostituire quella attuale: sono ancora necessari anni di ricerca di base per poter creare un substrato su cui ripartire per un nuovo boom tecnologico, per questo si cerca di incentivare nuovi dispositivi logici e nuovi modi di fare computazione.
La computazione quantistica, i transistor a nanotubi di carbonio o la tecnologia che sfrutterà lo spin delle particelle (spintronics) o l'atomo (atomtronics) o la luce (photonics), sono tutte strade ugualmente possibili, che la ricerca sta cercando di percorrere, ma nessuna di queste ci garantisce un nuovo sviluppo che segua la legge di Moore. Non ci resta che attendere, il futuro è dietro l'angolo.