Ley de Moore

La ley de Moore establece que el número de transistores en un circuito integrado (CI) se duplica aproximadamente cada dos años, con un aumento mínimo en el costo. ^{[ 1 ]} A pesar de su nombre, la ley de Moore describe una relación empírica , no una ley científica . Este tipo de observación, un efecto de curva de experiencia , cuantifica las ganancias de eficiencia derivadas de la experiencia adquirida en la producción.

La observación recibe su nombre de Gordon Moore , cofundador de Fairchild Semiconductor e Intel y exdirector ejecutivo de esta última, quien en 1965 observó que el número de componentes por circuito integrado se había duplicado cada año , ^{[ a ]} y proyectó que esta tasa de crecimiento continuaría durante al menos otra década. En 1975, mirando hacia la década siguiente, revisó el pronóstico a una duplicación cada dos años, una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 41%. La evidencia empírica de Moore no implicaba que la tendencia histórica continuaría; sin embargo, su predicción se ha mantenido desde 1975 y desde entonces se conoce como una ley .

La predicción de Moore se ha utilizado en la industria de los semiconductores para orientar la planificación a largo plazo y establecer objetivos de investigación y desarrollo (I+D). Los avances en la electrónica digital , como la reducción de los precios de los microprocesadores ajustados a la calidad , el aumento de la capacidad de memoria ( RAM y flash ), la mejora de los sensores e incluso el número y tamaño de los píxeles en las cámaras digitales , están estrechamente ligados a la ley de Moore. Estos constantes cambios en la electrónica digital han impulsado el cambio tecnológico y social, la productividad y el crecimiento económico.

Los expertos de la industria no han llegado a un consenso sobre cuándo dejará de aplicarse la ley de Moore. Los arquitectos de microprocesadores informan que el avance de los semiconductores se ha ralentizado en toda la industria desde alrededor de 2010, ligeramente por debajo del ritmo previsto por la ley de Moore. En septiembre de 2022, el director ejecutivo de Nvidia, Jensen Huang, consideró que la ley de Moore había muerto, ^{[ 3 ]} mientras que el entonces director ejecutivo de Intel, Pat Gelsinger, tenía la opinión contraria. ^{[ 4 ]}

En 1959, Douglas Engelbart estudió la miniaturización prevista de los circuitos integrados (CI), publicando sus resultados en el artículo «Microelectrónica y el arte de la similitud». ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Engelbart presentó sus hallazgos en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido de 1960 , donde Moore estaba presente entre el público. ^{[ 8 ]}

En 1965, a Gordon Moore, quien en ese momento trabajaba como director de investigación y desarrollo en Fairchild Semiconductor , se le pidió que contribuyera al número del trigésimo quinto aniversario de la revista Electronics con una predicción sobre el futuro de la industria de componentes semiconductores durante los próximos diez años. ^{[ 9 ]} Su respuesta fue un breve artículo titulado "Amontonando más componentes en circuitos integrados". ^{[ 2 ] [ 10 ] [ b ]} En su editorial, especuló que para 1975 sería posible contener tantos como65 000 componentes en un solo cuarto de pulgada cuadrada (~ 1,6  cm ² ) semiconductor.

La complejidad para los costos mínimos de los componentes ha aumentado aproximadamente al doble por año. Ciertamente, a corto plazo se espera que esta tasa continúe, si no que aumente. A largo plazo, la tasa de aumento es un poco más incierta, aunque no hay razón para creer que no se mantendrá prácticamente constante durante al menos 10 años. ^{[ 2 ]}

Moore postuló una relación logarítmica lineal entre la complejidad del dispositivo (mayor densidad de circuitos a menor costo) y el tiempo. ^{[ 13 ] [ 14 ]} En una entrevista de 2015, Moore comentó sobre el artículo de 1965: "...  Simplemente hice una extrapolación descabellada diciendo que continuará duplicándose cada año durante los próximos 10 años". ^{[ 15 ]} Un historiador del derecho cita la ley de epónimo de Stigler para introducir el hecho de que la duplicación regular de componentes era conocida por muchos que trabajaban en el campo. ^{[ 14 ]}

En 1974, Robert H. Dennard, de IBM, reconoció la rápida miniaturización de los MOSFET y formuló lo que se conoció como escalado de Dennard , que describe que, a medida que los transistores MOS se reducen de tamaño, su densidad de potencia se mantiene constante, de modo que el consumo de energía permanece proporcional al área. ^{[ 16 ] [ 17 ]} La evidencia de la industria de semiconductores muestra que esta relación inversa entre la densidad de potencia y la densidad de área se rompió a mediados de la década de 2000. ^{[ 18 ]}

En la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos del IEEE de 1975 , Moore revisó su tasa de pronóstico, ^{[ 19 ] [ 20 ]} prediciendo que la complejidad de los semiconductores continuaría duplicándose anualmente hasta alrededor de 1980, después de lo cual disminuiría a una tasa de duplicación aproximadamente cada dos años. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} Describió varios factores que contribuyen a este comportamiento exponencial: ^{[ 13 ] [ 14 ]}

• El advenimiento de la tecnología metal-óxido-semiconductor (MOS).
• El ritmo exponencial de aumento en el tamaño de los chips, junto con una disminución en la densidad de defectos, dio como resultado que los fabricantes de semiconductores pudieran trabajar con áreas más grandes sin perder rendimientos de reducción.
• Dimensiones mínimas más finas
• Lo que Moore denominó "ingenio en circuitos y dispositivos".

Poco después de 1975, el profesor de Caltech, Carver Mead, popularizó el término Ley de Moore . ^{[ 23 ] [ 24 ]} La Ley de Moore llegó a ser ampliamente aceptada como un objetivo para la industria de los semiconductores, y fue citada por los fabricantes de semiconductores competitivos en su afán por aumentar la potencia de procesamiento. Moore consideraba su ley homónima como sorprendente y optimista: «La Ley de Moore es una violación de la Ley de Murphy . Todo mejora cada vez más». ^{[ 25 ]} Esta observación incluso se consideró una profecía autocumplida . ^{[ 26 ] [ 27 ]}

El período de duplicación a menudo se cita erróneamente como 18 meses debido a una predicción separada del colega de Moore, el ejecutivo de Intel David House . ^{[ 28 ]} En 1975, House señaló que la ley revisada de Moore de duplicar el número de transistores cada 2 años a su vez implicaba que el rendimiento de los chips de computadora se duplicaría aproximadamente cada 18 meses, ^{[ 29 ]} sin un aumento en el consumo de energía. ^{[ 30 ]} Matemáticamente, la ley de Moore predijo que el número de transistores se duplicaría cada 2 años debido a la reducción de las dimensiones de los transistores y otras mejoras. ^{[ 31 ]} Como consecuencia de la reducción de las dimensiones, la escala de Dennard predijo que el consumo de energía por unidad de área se mantendría constante. Combinando estos efectos, David House dedujo que el rendimiento de los chips de computadora se duplicaría aproximadamente cada 18 meses. También debido a la escala de Dennard, este aumento de rendimiento no estaría acompañado de un aumento de energía, es decir, la eficiencia energética de los chips de computadora basados ​​en silicio se duplica aproximadamente cada 18 meses. La escala de Dennard terminó en la década de 2000. ^{[ 18 ]} Koomey demostró más tarde que una tasa similar de mejora de la eficiencia precedió a los chips de silicio y a la ley de Moore, para tecnologías como los tubos de vacío.

Los arquitectos de microprocesadores informan que desde alrededor de 2010, el avance de los semiconductores se ha ralentizado en toda la industria por debajo del ritmo predicho por la ley de Moore. ^{[ 18 ]} Brian Krzanich , el ex director ejecutivo de Intel, citó la revisión de Moore de 1975 como precedente para la desaceleración actual, que resulta de desafíos técnicos y es "una parte natural de la historia de la ley de Moore". ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} La tasa de mejora en las dimensiones físicas conocida como escalado de Dennard también terminó a mediados de la década de 2000. Como resultado, gran parte de la industria de semiconductores ha cambiado su enfoque a las necesidades de las principales aplicaciones de computación en lugar del escalado de semiconductores. ^{[ 26 ] [ 35 ] [ 18 ]} Sin embargo, a partir de 2019, los principales fabricantes de semiconductores TSMC y Samsung Electronics afirmaron mantenerse al ritmo de la ley de Moore ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} con nodos de 10 , 7 y 5  nm en producción en masa. ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}

Numerosas innovaciones de científicos e ingenieros han mantenido vigente la ley de Moore desde el inicio de la era de los circuitos integrados. A continuación, se enumeran algunas de las innovaciones clave, como ejemplos de avances que han impulsado la tecnología de fabricación de circuitos integrados y dispositivos semiconductores , permitiendo que el número de transistores aumente en más de siete órdenes de magnitud en menos de cinco décadas.

• Circuito integrado (CI): La razón de ser de la ley de Moore. El CI híbrido de germanio fue inventado por Jack Kilby en Texas Instruments en 1958, ^{[ 49 ]} seguido por la invención del chip monolítico de silicio CI por Robert Noyce en Fairchild Semiconductor en 1959. ^{[ 50 ]}
• Semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS): El proceso CMOS fue inventado por Chih-Tang Sah y Frank Wanlass en Fairchild Semiconductor en 1963. ^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}
• Memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM): La DRAM fue desarrollada por Robert H. Dennard en IBM en 1967. ^{[ 54 ]}
• Fotorresina químicamente amplificada : Inventada por Hiroshi Ito, C. Grant Willson y JMJ Fréchet en IBM alrededor de 1980, ^{[ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]} que era de 5 a 10 veces más sensible a la luz ultravioleta. ^{[ 58 ]} IBM introdujo la fotorresina químicamente amplificada para la producción de DRAM a mediados de la década de 1980. ^{[ 59 ] [ 60 ]}
• Fotolitografía láser de excímeros UV profundos : Inventada por Kanti Jain ^{[ 61 ]} en IBM alrededor de 1980. ^{[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]} Antes de esto, los láseres de excímeros se habían utilizado principalmente como dispositivos de investigación desde su desarrollo en la década de 1970. ^{[ 65 ] [ 66 ]} Desde una perspectiva científica más amplia, la invención de la litografía láser de excímeros se ha destacado como uno de los principales hitos en los 50 años de historia del láser. ^{[ 67 ] [ 68 ]}
• Innovaciones en interconexión : Las innovaciones en interconexión de finales de la década de 1990, incluyendo el pulido químico-mecánico o la planarización químico-mecánica (CMP), el aislamiento de trincheras y las interconexiones de cobre —aunque no influyen directamente en la creación de transistores más pequeños— han permitido mejorar el rendimiento de las obleas , añadir capas adicionales de cables metálicos, reducir el espaciado entre dispositivos y disminuir la resistencia eléctrica. ^{[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]}

Las hojas de ruta tecnológicas de la industria informática predijeron en 2001 que la ley de Moore continuaría durante varias generaciones de chips semiconductores. ^{[ 72 ]}

Tendencias recientes

Uno de los principales desafíos técnicos en la ingeniería de transistores a nanoescala del futuro es el diseño de las compuertas. A medida que las dimensiones de los dispositivos se reducen, controlar el flujo de corriente en el canal delgado se vuelve más difícil. Los transistores modernos a nanoescala suelen adoptar la forma de MOSFET multigates , siendo el FinFET el transistor a nanoescala más común. El FinFET tiene un dieléctrico de compuerta en tres lados del canal. En comparación, la estructura del MOSFET con compuerta envolvente ( GAAFET ) ofrece un control de compuerta aún mejor.

• Un MOSFET de compuerta envolvente (GAAFET) fue demostrado por primera vez en 1988 por un equipo de investigación de Toshiba liderado por Fujio Masuoka , quien demostró un GAAFET de nanocables verticales al que llamó transistor de compuerta envolvente (SGT). ^{[ 73 ] [ 74 ]} Masuoka, más conocido como el inventor de la memoria flash , posteriormente dejó Toshiba y fundó Unisantis Electronics en 2004 para investigar la tecnología de compuerta envolvente junto con la Universidad de Tohoku . ^{[ 75 ]}
• En 2006, un equipo de investigadores coreanos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) y del Centro Nacional de Nanofabricación desarrolló un transistor de 3 nm , el dispositivo nanoelectrónico más pequeño del mundo en ese momento, basado en la tecnología FinFET. ^{[ 76 ] [ 77 ]}
• En 2010, investigadores del Instituto Nacional Tyndall en Cork, Irlanda, anunciaron un transistor sin uniones. Una compuerta de control que envuelve un nanocable de silicio puede controlar el paso de electrones sin necesidad de uniones ni dopaje. Afirman que estos transistores pueden producirse a  escala de 10 nm utilizando técnicas de fabricación existentes. ^{[ 78 ]}
• En 2011, investigadores de la Universidad de Pittsburgh anunciaron el desarrollo de un transistor de un solo electrón, de 1,5  nm de diámetro, fabricado con materiales a base de óxido. Tres cables convergen en una isla central que puede albergar uno o dos electrones. Los electrones se desplazan por efecto túnel de un cable a otro a través de la isla. Las condiciones en el tercer cable dan como resultado propiedades conductoras distintas, incluida la capacidad del transistor para funcionar como una memoria de estado sólido. ^{[ 79 ]} Los transistores de nanocables podrían impulsar la creación de computadoras microscópicas. ^{[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]}
• En 2012, un equipo de investigación de la Universidad de Nueva Gales del Sur anunció el desarrollo del primer transistor funcional compuesto por un solo átomo colocado con precisión en un cristal de silicio (no simplemente seleccionado de una gran muestra de transistores aleatorios). ^{[ 83 ]} La ley de Moore predijo que este hito se alcanzaría para los circuitos integrados en el laboratorio para el año 2020.
• En 2015, IBM presentó chips de nodo de 7 nm con transistores de silicio-germanio producidos mediante EUVL. La compañía creía que esta densidad de transistores sería cuatro veces mayor que la de los chips de 14 nm vigentes en ese momento . ^{[ 84 ]}
• Samsung y TSMC planean fabricar  nodos GAAFET de 3 nm para 2021-2022 . ^{[ 85 ] [ 86 ]} Cabe señalar que los nombres de los nodos, como 3  nm, no tienen relación con el tamaño físico de los elementos del dispositivo (transistores).
• Un equipo de investigación de Toshiba , integrado por T. Imoto, M. Matsui y C. Takubo, desarrolló en 2001 un proceso de unión de obleas de módulos de bloques de sistema para la fabricación de paquetes de circuitos integrados tridimensionales (3D IC). ^{[ 87 ] [ 88 ]} En abril de 2007, Toshiba presentó un 3D IC de ocho capas, el chip de memoria flash NAND integrada THGAM de 16 GB , fabricado con ocho chips flash NAND apilados de 2 GB. ^{[ 89 ]} En septiembre de 2007, Hynix presentó un 3D IC de 24 capas, un chip de memoria flash de 16 GB, fabricado con 24 chips flash NAND apilados mediante un proceso de unión de obleas. ^{[ 90 ]}   
• La V-NAND , también conocida como 3D NAND, permite apilar verticalmente celdas de memoria flash utilizando la tecnología de memoria flash de trampa de carga , presentada originalmente por John Szedon en 1967, lo que aumenta significativamente el número de transistores en un chip de memoria flash. La 3D NAND fue anunciada por primera vez por Toshiba en 2007. ^{[ 91 ]} La V-NAND fue fabricada comercialmente por primera vez por Samsung Electronics en 2013. ^{[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]}
• En 2008, investigadores de HP Labs anunciaron un memristor funcional , un cuarto elemento básico de circuito pasivo cuya existencia solo se había teorizado hasta entonces. Las propiedades únicas del memristor permiten la creación de dispositivos electrónicos más pequeños y de mayor rendimiento. ^{[ 95 ]}
• En 2014, bioingenieros de la Universidad de Stanford desarrollaron un circuito modelado a partir del cerebro humano. Dieciséis chips Neurocore simulan un millón de neuronas y miles de millones de conexiones sinápticas, según afirman.9000 veces más rápido y con mayor eficiencia energética que un PC típico. ^{[ 96 ]}
• En 2015, Intel y Micron anunciaron 3D XPoint , una memoria no volátil que, según afirmaban, era significativamente más rápida con una densidad similar a la de NAND. La producción, programada para comenzar en 2016, se retrasó hasta la segunda mitad de 2017. ^{[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]}
• En 2017, Samsung combinó su tecnología V-NAND con el apilamiento de circuitos integrados 3D eUFS para producir un  chip de memoria flash de 512 GB, con ocho chips V-NAND de 64 capas apilados. ^{[ 100 ]} En 2019, Samsung produjo un chip flash de 1 TB con ocho chips V-NAND de 96 capas apilados, junto con la tecnología de celda de cuatro niveles (QLC) ( 4 bits por transistor), ^{[ 101 ] [ 102 ]} equivalente a 2 billones de transistores, la mayor cantidad de transistores de cualquier chip de circuito integrado.  
• En 2020, Samsung Electronics planeó producir el nodo de 5 nm , utilizando tecnología FinFET y EUV . ^{[ 37 ]} En 2024, Samsung describió su hoja de ruta para incluir la producción de un  chip de 2 nm en 2025. ^{[ 103 ]}
• En mayo de 2021, IBM anunció la creación del primer chip de computadora de 2 nm , con partes supuestamente más pequeñas que el ADN humano. ^{[ 104 ]}

Los arquitectos de microprocesadores informan que el avance de los semiconductores se ha ralentizado en toda la industria desde alrededor de 2010, por debajo del ritmo predicho por la ley de Moore. ^{[ 18 ]} Brian Krzanich, ex director ejecutivo de Intel, anunció en 2015: "Nuestro ritmo actual está más cerca de dos años y medio que de dos". ^{[ 105 ]} Intel declaró en 2015 que las mejoras en los dispositivos MOSFET se han ralentizado, comenzando en el ancho de característica de 22 nm alrededor de 2012, y continuando en 14 nm . ^{[ 106 ]} Pat Gelsinger, ex director ejecutivo de Intel, declaró a finales de 2023 que "ya no estamos en la era dorada de la Ley de Moore, ahora es mucho, mucho más difícil, por lo que probablemente nos estamos duplicando efectivamente más cerca de cada tres años ahora, por lo que definitivamente hemos visto una ralentización". ^{[ 107 ]}

Se han alcanzado los límites físicos para la miniaturización de transistores debido a las fugas de fuente a drenador, los metales de puerta limitados y las opciones limitadas para el material del canal. Se están investigando otros enfoques que no dependen de la miniaturización física. Estos incluyen el estado de espín de la espintrónica electrónica , las uniones túnel y el confinamiento avanzado de materiales de canal mediante geometría de nanocables. ^{[ 108 ]} Se están desarrollando activamente en laboratorios opciones de lógica y memoria basadas en espín. ^{[ 109 ] [ 110 ]}

Investigación de materiales alternativos

La gran mayoría de los transistores actuales en circuitos integrados están compuestos principalmente de silicio dopado y sus aleaciones. Al fabricar transistores de silicio de un solo nanómetro, los efectos de canal corto alteran negativamente las propiedades deseables del silicio como material para transistores funcionales. A continuación, se presentan varios sustitutos del silicio para la fabricación de transistores nanométricos.

Uno de los materiales propuestos es el arseniuro de indio y galio , o InGaAs. En comparación con sus homólogos de silicio y germanio, los transistores de InGaAs son más prometedores para futuras aplicaciones lógicas de alta velocidad y bajo consumo. Debido a las características intrínsecas de los semiconductores compuestos III-V , se han propuesto transistores de pozo cuántico y de efecto túnel basados ​​en InGaAs como alternativas a los diseños MOSFET más tradicionales.

• A principios de la década de 2000, Gurtej Singh Sandhu, de Micron Technology , inventó los procesos de deposición de capas atómicas de películas de alta constante dieléctrica y de doble patrón de paso , extendiendo la ley de Moore para la tecnología CMOS planar a la clase de 30 nm y menores. 
• En 2009, Intel anunció el desarrollo de transistores de pozo cuántico  de InGaAs de 80 nm . Los dispositivos de pozo cuántico contienen un material intercalado entre dos capas de material con una banda prohibida más amplia. A pesar de tener el doble de tamaño que los transistores de silicio puro líderes en ese momento, la compañía informó que funcionaban igual de bien consumiendo menos energía. ^{[ 111 ]}
• En 2011, investigadores de Intel demostraron transistores InGaAs de triple puerta 3D con características de fuga mejoradas en comparación con los diseños planares tradicionales. La compañía afirma que su diseño logró la mejor electrostática de cualquier transistor semiconductor compuesto III-V. ^{[ 112 ]} En la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido de 2015 , Intel mencionó el uso de compuestos III-V basados ​​en dicha arquitectura para su nodo de 7  nm. ^{[ 113 ] [ 114 ]}
• En 2011, investigadores de la Universidad de Texas en Austin desarrollaron transistores de efecto de campo de túnel de InGaAs capaces de generar corrientes de operación más altas que los diseños anteriores. Los primeros diseños de TFET III-V fueron demostrados en 2009 por un equipo conjunto de la Universidad de Cornell y la Universidad Estatal de Pensilvania . ^{[ 115 ] [ 116 ]}
• En 2012, un equipo de los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas del MIT desarrolló un  transistor de 22 nm basado en InGaAs que, en ese momento, era el transistor no de silicio más pequeño jamás construido. El equipo utilizó técnicas empleadas en la fabricación de dispositivos de silicio y buscaba un mejor rendimiento eléctrico y una reducción a la escala de 10 nanómetros . ^{[ 117 ]}

Las investigaciones sobre computación biológica muestran que el material biológico tiene una densidad de información y una eficiencia energética superiores en comparación con la computación basada en silicio. ^{[ 118 ]}

Se están estudiando diversas formas de grafeno para la electrónica de grafeno ; por ejemplo, los transistores de nanocintas de grafeno han mostrado resultados prometedores desde su aparición en publicaciones en 2008. (El grafeno a granel tiene una banda prohibida de cero y, por lo tanto, no se puede utilizar en transistores debido a su conductividad constante, una incapacidad para apagarse. Los bordes en zigzag de las nanocintas introducen estados de energía localizados en las bandas de conducción y valencia y, por lo tanto, una banda prohibida que permite la conmutación cuando se fabrica como un transistor. Como ejemplo, una GNR típica de 10 nm de ancho tiene una energía de banda prohibida deseable de 0,4 eV. ^{[ 119 ] [ 120 ]} ) Sin embargo, será necesario realizar más investigaciones sobre capas de grafeno de menos de 50 nm, ya que su valor de resistividad aumenta y, por lo tanto, la movilidad de los electrones disminuye. ^{[ 119 ]}   

En abril de 2005, Gordon Moore declaró en una entrevista que la proyección no puede sostenerse indefinidamente: «No puede continuar para siempre. La naturaleza de las exponenciales es que, si se las fuerza, eventualmente ocurre un desastre». También señaló que los transistores eventualmente alcanzarían los límites de la miniaturización a nivel atómico .

En cuanto al tamaño [de los transistores], se puede observar que nos acercamos al tamaño de los átomos, lo cual representa una barrera fundamental, pero faltan dos o tres generaciones para que lleguemos a ese punto; sin embargo, ese es el límite más lejano que hemos podido prever. Nos quedan entre 10 y 20 años antes de alcanzar un límite fundamental. Para entonces, podrán fabricar chips más grandes y contar con presupuestos para miles de millones de transistores. ^{[ 121 ]}

En 2016, la Hoja de Ruta Tecnológica Internacional para Semiconductores , tras haber utilizado la Ley de Moore para impulsar la industria desde 1998, publicó su hoja de ruta final. Ya no centraba su plan de investigación y desarrollo en la Ley de Moore. En su lugar, esbozó lo que podría denominarse la estrategia «Más allá de Moore», en la que las necesidades de las aplicaciones impulsan el desarrollo de chips, en lugar de centrarse en la miniaturización de los semiconductores. Los impulsores de las aplicaciones abarcan desde teléfonos inteligentes hasta inteligencia artificial y centros de datos. ^{[ 122 ]}

IEEE inició en 2016 una iniciativa de planificación estratégica, Rebooting Computing, denominada International Roadmap for Devices and Systems (IRDS). ^{[ 123 ]}

Algunos pronosticadores, incluido Gordon Moore, ^{[ 124 ]} predijeron entre 2012 y 2016 que la ley de Moore terminaría alrededor de 2025. ^{[ 125 ] [ 122 ] [ 126 ]} Aunque la ley de Moore alcanzará un límite físico, algunos pronosticadores en 2019 y 2020 fueron optimistas sobre la continuación del progreso tecnológico en una variedad de otras áreas, incluidas nuevas arquitecturas de chips, computación cuántica e IA y aprendizaje automático. ^{[ 127 ] [ 128 ]} El CEO de Nvidia , Jensen Huang, declaró muerta la ley de Moore en 2022; ^{[ 3 ]} varios días después, el CEO de Intel, Pat Gelsinger, replicó con la afirmación opuesta. ^{[ 4 ]}

La electrónica digital ha contribuido al crecimiento económico mundial a finales del siglo XX y principios del XXI. ^{[ 129 ]} La principal fuerza impulsora del crecimiento económico es el crecimiento de la productividad , ^{[ 130 ]} en el que la ley de Moore tiene en cuenta. Moore (1995) preveía que "la tasa de progreso tecnológico estará controlada por las realidades financieras". ^{[ 131 ]} Sin embargo, lo contrario podría ocurrir, y de hecho ocurrió, a finales de la década de 1990, cuando los economistas informaron que "el crecimiento de la productividad es el indicador económico clave de la innovación". ^{[ 132 ]} La ley de Moore describe una fuerza impulsora del cambio tecnológico y social, la productividad y el crecimiento económico. ^{[ 133 ] [ 134 ] [ 130 ]}

Una aceleración en el ritmo del progreso de los semiconductores contribuyó a un aumento en el crecimiento de la productividad en EE. UU., ^{[ 135 ] [ 136 ] [ 137 ]} que alcanzó el 3,4 % anual en 1997–2004, superando el 1,6 % anual durante 1972–1996 y 2005–2013. ^{[ 138 ]} Como señala el economista Richard G. Anderson, «Numerosos estudios han rastreado la causa de la aceleración de la productividad hasta las innovaciones tecnológicas en la producción de semiconductores que redujeron drásticamente los precios de dichos componentes y de los productos que los contienen (además de expandir las capacidades de dichos productos)». ^{[ 139 ]}

La principal consecuencia negativa de la ley de Moore es su asociación con la rápida obsolescencia y, por consiguiente, con los elevados costes de mantenimiento . A medida que las tecnologías mejoran rápidamente, las tecnologías predecesoras quedan obsoletas. En situaciones donde la seguridad y la supervivencia del hardware o los datos son primordiales, o donde los recursos son limitados, la rápida obsolescencia suele suponer un obstáculo para la continuidad o el buen funcionamiento de las operaciones. ^{[ 140 ]}

Varias medidas de la tecnología digital están mejorando a ritmos exponenciales relacionados con la ley de Moore, incluyendo el tamaño, el costo, la densidad y la velocidad de los componentes. Moore escribió únicamente sobre la densidad de componentes, "un componente siendo un transistor, resistencia, diodo o condensador", ^{[ 131 ]} al mínimo costo.

Transistores por circuito integrado : la formulación más popular es la de duplicar el número de transistores en los circuitos integrados cada dos años. A finales de la década de 1970, la ley de Moore se convirtió en el límite para el número de transistores en los chips más complejos. El gráfico que aparece al principio de este artículo muestra que esta tendencia se mantiene vigente hoy en día. A partir de 2025, el procesador disponible comercialmente que posee uno de los mayores números de transistores es un procesador gráfico GB202 con más de 92.2  mil millones de transistores. ^{[ 141 ]}

Densidad al mínimo coste por transistor : esta es la formulación que se da en el artículo de Moore de 1965. ^{[ 2 ]} No se trata solo de la densidad de transistores que se puede lograr, sino de la densidad de transistores en la que el coste por transistor es el más bajo. ^{[ 142 ]}

A medida que se incorporan más transistores a un chip, el costo de fabricación de cada transistor disminuye, pero aumenta la probabilidad de que el chip falle debido a un defecto. En 1965, Moore examinó la densidad de transistores a la cual se minimiza el costo y observó que, a medida que los transistores se volvían más pequeños gracias a los avances en fotolitografía , este número aumentaría a un ritmo de aproximadamente el doble por año. ^{[ 2 ]}

Escalado de Dennard : Este postula que el consumo de energía disminuiría en proporción al área (tanto el voltaje como la corriente son proporcionales a la longitud) de los transistores. Combinado con la ley de Moore, el rendimiento por vatio crecería aproximadamente al mismo ritmo que la densidad de transistores, duplicándose cada 1-2 años. Según el escalado de Dennard, las dimensiones de los transistores se reducirían en un 30% (0,7×) en cada generación tecnológica, reduciendo así su área en un 50%. Esto reduciría el retardo en un 30% (0,7×) y, por lo tanto, aumentaría la frecuencia de operación en aproximadamente un 40% (1,4×). Finalmente, para mantener constante el campo eléctrico, el voltaje se reduciría en un 30%, reduciendo la energía en un 65% y la potencia (a 1,4× de frecuencia) en un 50%. ^{[ c ]} Por lo tanto, en cada generación tecnológica la densidad de transistores se duplicaría, el circuito se volvería un 40% más rápido, mientras que el consumo de energía (con el doble de transistores) se mantendría igual. ^{[ 143 ]} El escalamiento de Dennard terminó en 2005–2010, debido a corrientes de fuga. ^{[ 18 ]}

El crecimiento exponencial de transistores de procesador predicho por Moore no siempre se traduce en un rendimiento práctico de CPU exponencialmente mayor. Desde alrededor de 2005-2007, la escala de Dennard ha terminado, por lo que, aunque la ley de Moore continuó después de eso, no ha producido dividendos proporcionales en la mejora del rendimiento. ^{[ 16 ] [ 144 ]} La razón principal citada para la ruptura es que en tamaños pequeños, la fuga de corriente plantea mayores desafíos y también hace que el chip se caliente, lo que crea una amenaza de fuga térmica y, por lo tanto, aumenta aún más los costos de energía. ^{[ 16 ] [ 144 ] [ 18 ]}

La ruptura de la escala de Dennard impulsó un mayor enfoque en los procesadores multinúcleo, pero las ganancias que ofrece el cambio a más núcleos son menores que las ganancias que se lograrían si la escala de Dennard hubiera continuado. ^{[ 145 ] [ 146 ]} En otra desviación de la escala de Dennard, los microprocesadores de Intel adoptaron un FinFET de triple puerta no planar a 22  nm en 2012 que es más rápido y consume menos energía que un transistor planar convencional. ^{[ 147 ]} La tasa de mejora del rendimiento para los microprocesadores de un solo núcleo se ha ralentizado significativamente. ^{[ 148 ]} El rendimiento de un solo núcleo mejoraba en un 52 % por año en 1986–2003 y en un 23 % por año en 2003–2011, pero se ralentizó a solo un siete por ciento por año en 2011–2018. ^{[ 148 ]}

Precio de los equipos de TI ajustado por calidad : El precio de la tecnología de la información (TI), las computadoras y los equipos periféricos, ajustado por calidad e inflación, disminuyó un 16 % anual en promedio durante las cinco décadas comprendidas entre 1959 y 2009. ^{[ 149 ] [ 150 ]} Sin embargo, el ritmo se aceleró hasta un 23 % anual entre 1995 y 1999, impulsado por una innovación más rápida en TI, ^{[ 132 ]} y posteriormente se ralentizó hasta un 2 % anual entre 2010 y 2013. ^{[ 149 ] [ 151 ]}

Aunque la mejora del precio de los microprocesadores ajustado a la calidad continúa, ^{[ 152 ]} la tasa de mejora también varía y no es lineal en una escala logarítmica. La mejora del precio de los microprocesadores se aceleró a finales de la década de 1990, alcanzando el 60 % anual (reduciéndose a la mitad cada nueve meses) frente a la tasa de mejora típica del 30 % (reduciéndose a la mitad cada dos años) durante los años anteriores y posteriores. ^{[ 153 ] [ 154 ]} Los microprocesadores para portátiles en particular mejoraron entre un 25 % y un 35 % anual entre 2004 y 2010, y se ralentizaron hasta un 15 % y un 25 % anual entre 2010 y 2013. ^{[ 155 ]}

El número de transistores por chip no puede explicar completamente los precios de los microprocesadores ajustados a la calidad. ^{[ 153 ] [ 156 ] [ 157 ]} El artículo de Moore de 1995 no limita la ley de Moore a la linealidad estricta ni al número de transistores: «La definición de "Ley de Moore" ha llegado a referirse a casi cualquier cosa relacionada con la industria de los semiconductores que en un gráfico semilogarítmico se aproxima a una línea recta. Dudo en revisar sus orígenes y, al hacerlo, restringir su definición». ^{[ 131 ]}

Densidad de área de las unidades de disco duro : En 2005 se realizó una predicción similar (a veces llamada ley de Kryder ) para la densidad de área de las unidades de disco duro . ^{[ 158 ]} Posteriormente, se consideró que la predicción era demasiado optimista. Varias décadas de rápido progreso en la densidad de área se ralentizaron alrededor de 2010, pasando del 30 al 100 % anual al 10-15 %, debido al ruido relacionado con el menor tamaño de grano del medio de disco, la estabilidad térmica y la capacidad de escritura mediante campos magnéticos disponibles. ^{[ 159 ] [ 160 ]}

Capacidad de fibra óptica : la cantidad de bits por segundo que se pueden enviar a través de una fibra óptica aumenta exponencialmente, más rápido que la ley de Moore. Ley de Keck , en honor a Donald Keck . ^{[ 161 ]}

Capacidad de red : según Gerald Butters, ^{[ 162 ] [ 163 ]} el antiguo jefe del Grupo de Redes Ópticas de Lucent en Bell Labs, existe otra versión, llamada Ley de Fotónica de Butters, ^{[ 164 ]} una formulación que deliberadamente se asemeja a la ley de Moore. La ley de Butters dice que la cantidad de datos que salen de una fibra óptica se duplica cada nueve meses. ^{[ 165 ]} Por lo tanto, el costo de transmitir un bit a través de una red óptica disminuye a la mitad cada nueve meses. La disponibilidad de la multiplexación por división de longitud de onda (a veces llamada WDM) aumentó la capacidad que se podía colocar en una sola fibra hasta en un factor de 100. Las redes ópticas y la multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) están reduciendo rápidamente el costo de las redes, y parece seguro que habrá más progreso. Como resultado, el precio mayorista del tráfico de datos se desplomó en la burbuja de las puntocom . La Ley de Nielsen dice que el ancho de banda disponible para los usuarios aumenta un 50% anualmente. ^{[ 166 ]}

Píxeles por dólar : De manera similar, Barry Hendy de Kodak Australia ha representado los píxeles por dólar como una medida básica de valor para una cámara digital, demostrando la linealidad histórica (en una escala logarítmica) de este mercado y la oportunidad de predecir la tendencia futura del precio de las cámaras digitales, las pantallas LCD y LED , y la resolución. ^{[ 167 ] [ 168 ] [ 169 ] [ 170 ]}

El gran compensador de la ley de Moore (TGMLC), también conocido como ley de Wirth , es el principio de que las sucesivas generaciones de software informático aumentan en tamaño y complejidad ( inflación de software ), contrarrestando así las ganancias de rendimiento predichas por la ley de Moore. En un artículo de 2008 en InfoWorld , Randall C. Kennedy, ^{[ 171 ]} anteriormente de Intel, introduce este término utilizando como premisa las sucesivas versiones de Microsoft Office entre los años 2000 y 2007. A pesar de las ganancias en el rendimiento computacional durante este período de tiempo según la ley de Moore, Office 2007 realizó la misma tarea a la mitad de la velocidad en una computadora prototípica del año 2007 en comparación con Office 2000 en una computadora del año 2000. ^{[ 172 ]} La ley de Andy y Bill es similar.

La expansión de la biblioteca , según los cálculos de Fremont Rider en 1945, duplicaría su capacidad cada 16 años si se dispusiera del espacio suficiente. ^{[ 173 ]} Abogó por reemplazar las obras impresas voluminosas y deterioradas con fotografías analógicas en microforma miniaturizadas , que podrían duplicarse a demanda para los usuarios de la biblioteca u otras instituciones. No previó la tecnología digital que décadas después reemplazaría la microforma analógica con medios digitales de imagen, almacenamiento y transmisión. Las tecnologías digitales automatizadas y potencialmente sin pérdidas permitieron enormes aumentos en la rapidez del crecimiento de la información en una era que ahora a veces se denomina la Era de la Información .

La curva de Carlson es un término acuñado por The Economist ^{[ 174 ]} para describir el equivalente biotecnológico de la ley de Moore, y recibe su nombre del autor Rob Carlson. ^{[ 175 ]} Carlson predijo con precisión que el tiempo de duplicación de las tecnologías de secuenciación de ADN (medido por el costo y el rendimiento) sería al menos tan rápido como la ley de Moore. ^{[ 176 ]} Las curvas de Carlson ilustran las rápidas disminuciones (en algunos casos hiperexponenciales) en el costo y los aumentos en el rendimiento de diversas tecnologías, incluyendo la secuenciación de ADN, la síntesis de ADN y una gama de herramientas físicas y computacionales utilizadas en la expresión de proteínas y en la determinación de estructuras proteicas. ^{[ 177 ]}

La ley de Eroom es una observación sobre el desarrollo de fármacos que se formuló deliberadamente como la Ley de Moore escrita al revés para contrastarla con los avances exponenciales de otras tecnologías (como los transistores) a lo largo del tiempo. Establece que el coste de desarrollar un nuevo fármaco se duplica aproximadamente cada nueve años. ^{[ 178 ]}

Efectos de la curva de experiencia : se afirma que cada duplicación de la producción acumulada de prácticamente cualquier producto o servicio se acompaña de una reducción porcentual constante aproximada en el costo unitario. La primera descripción cualitativa documentada de este fenómeno data de 1885. ^{[ 179 ] [ 180 ]} En 1936, se utilizó una curva de potencia para describir este fenómeno en un análisis del costo de los aviones. ^{[ 181 ]}

Ley de Edholm : Phil Edholm observó que el ancho de banda de las redes de telecomunicaciones (incluida Internet) se duplica cada 18 meses. ^{[ 182 ]} El ancho de banda de las redes de comunicación en línea ha pasado de bits por segundo a terabits por segundo . Este rápido aumento del ancho de banda en línea se debe en gran medida a la misma miniaturización de los MOSFET que hizo posible la ley de Moore, ya que las redes de telecomunicaciones se construyen a partir de MOSFET. ^{[ 183 ]}

La ley de Haitz predice que cada 10 años, el brillo de los LED aumenta 20 veces mientras que el costo de fabricación disminuye en un factor de 10. ^{[ 184 ]}

La ley de Swanson establece que el precio de los módulos solares fotovoltaicos tiende a disminuir un 20 por ciento por cada duplicación del volumen acumulado de envíos. ^{[ 185 ]} A las tasas actuales, los costos disminuyen un 75% aproximadamente cada 10 años. ^{[ 186 ]}

Escalado de frecuencia de RF : En 2025, Asif Alam y Muhammad Shah Alam propusieron un análogo de RF a la ley de Moore basado en la frontera histórica de la frecuencia máxima de oscilación de los transistores ( _fmax ) . Su análisis de los transistores de RF reportados desde 1985 hasta 2025 encontró que los valores récord _de fmax aumentaron aproximadamente 1,6 veces por década, con avances importantes que ocurrieron con una cadencia aproximada de 10 años. ^{[ 187 ] [ 188 ]}

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