ムーアの法則

家の大きさはそのままなのに、家具や部屋を2年ごとに2倍ずつ、さらにぎゅっと詰めて配置できる魔法を想像してみてください。

コンピューターの中心部品であるマイクロチップは、電気をオン・オフして信号をつくるスイッチ、つまりトランジスタでいっぱいです。このスイッチを小さくして、同じ面積にたくさん詰め込むほど、コンピューターは賢くなり、電気も少なくてすみます。

半導体メーカーは実際に、このスイッチを信じられないほどの速さで小さくしてきました。そのおかげで、かつてはビル1棟を埋め尽くしていた巨大コンピューターの性能が、いまでは爪ほどのチップ1つにすべて収まり、ポケットの中のスマートフォンとして使えるようになりました。

技術の進歩があまりに速かったため、チップ1つに載るトランジスタの数は、毎年階段を1段ずつ上るのではなく、2倍、4倍、8倍とぴょんぴょん跳ね上がってきました。ただし、部品の数が増えても、その分だけ速くなるわけではありません。2000年代なかばからは、トランジスタが増えても、速さよりコアの数や電力効率の向上へと進歩の方向が変わりました。

「法則」と聞くと、地球がリンゴを引っ張る重力のような、自然の絶対的なルールを思い浮かべがちです。

でも、ムーアの法則は自然科学の現象ではありません。のちにインテルを共同で創業するゴードン・ムーアが、フェアチャイルドセミコンダクターの研究開発部門を率いていた1965年に、それまでの発展の傾向を見て発表した予測であり、統計的な観察でした。彼は、チップに載る部品の数が1年ごと(のちに2年ごとに修正)に2倍になっていくだろうと見通したのです。

驚くべきなのは、この予測が出たあとのことです。世界中の半導体の研究者やエンジニアたちは、この言葉を自然の法則ではなく、必ず達成すべき締め切りであり挑戦課題として受け止めました。競争に遅れないよう、どの会社もこのペースに合わせて新技術を次々に投入し、ムーアの法則はやがて業界全体を引っ張る巨大な目標管理表になったのです。

どれだけ技術が進んでも、画用紙に文字を際限なく小さく書くことはできないように、半導体の回路を小さくしていく道にも終わりが近づいています。

部品を小さくし続けた結果、いまでは回路のいちばん細い部分が、原子数十個分、一部では原子数個分の厚さにまで薄くなりました。ここまで微細になると、電子が決まった道からそれて脇へ漏れ出す現象(量子トンネル効果)が起こり、熱も大量に発生して、チップが故障する危険が高まります。つまり、原子の大きさに迫った物理的な限界のせいで、以前のように2年ごとにチップ内のトランジスタ数を2倍にするのがとても難しくなったのです。

そこで今日の技術者たちは、部品をただ狭く並べるのではなく、マンションのように上へ上へと積み重ねたり、AI専用チップのように特定の作業に特化した新しい構造をつくったりして、限界を乗り越えようとしています。