Würde das Mooresche Gesetz für mechanische Computer gelten?

Zunächst einmal ist das Mooresche Gesetz kein physikalisches Gesetz wie das Newtonsche Gravitationsgesetz. Es ist nur ein empirischer Beweis, der bis jetzt auf ziemlich überraschende Weise Bestand hat.

Während wir bisher in der Lage waren, die Größe elektronischer Komponenten zu schrumpfen und zu schrumpfen, ist dies bei mechanischen Elementen kaum möglich, daher bezweifle ich stark, dass ein mechanisches Äquivalent des Mooreschen Gesetzes für mehr als ein paar Generationen von Taschenrechnern gelten würde.

Danach wäre es nur noch eine horizontale Linie.

Elmys Antwort auf eine Frage von mir ließ mich erkennen, was der einschränkendste Faktor für die Anwendung des Mooreschen Gesetzes auf mechanisches Rechnen sein könnte.

Schmutz.

Oder genauer gesagt, Ihre Fähigkeit, Schmutz von den Werken fernzuhalten.

Das Schöne an der Elektronik ist, abgesehen von der Wärmeableitung, ist es egal, wie schmutzig sie wird. Aber Schmutz steht dem Spinnen von Zahnrädern im Weg. Egal wie gut Sie versuchen, es abzudichten, Sie werden Schmutz bekommen (wenn auch nur in Form von erstarrtem Fett, Metallspänen, verschlissenen Lagern und Buchsen usw.).

Mit anderen Worten, Sie können realistischerweise einen mechanischen Computer bauen, der so klein ist, dass (a) ein Zahnrad ein Schmutzkorn verträgt, oder (b) Sie das Werk versiegeln können, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern.

Moderne mechanische Armbanduhren weisen eine erhebliche Größenreduzierung des Getriebes auf – aber sie sind auch so gut abgedichtet, dass Sie oft Werkzeuge benötigen, um das Gehäuse zu öffnen. Sie könnten wahrscheinlich immer noch kleiner gemacht werden, aber Sie geraten in das Problem, dass die geringste Rasur ein Problem verursacht, und ein mechanischer Computer ist viel größer als eine Armbanduhr.

Also, wo Moores Gesetz ursprünglich (und im Grunde) war, verdoppelt sich die Dichte von Transistoren alle zwei Jahre. Die mechanische Variante des Gesetzes wäre alle zwei Jahre so groß wie ein halbes Zahnrad. Nach 20-30 Jahren sind Sie da, wo der kleinste Schmutzfleck die Maschine stoppen würde. Meiner Meinung nach.

Tut mir leid, ein bisschen Spielverderber zu sein, aber...

Das Mooresche Gesetz gilt nicht.

Moores Gesetz ist die Erkenntnis, dass die Halbleiterkomplexität (in integrierten Schaltungen) mit einer bestimmten Geschwindigkeit zunimmt.

Der Wikipedia-Artikel selbst, auf den Sie verlinkt haben, besagt dies

Trotz eines weit verbreiteten Missverständnisses besteht Moore darauf, dass er keine Verdoppelung „alle 18 Monate“ vorhergesagt hat. Stattdessen hatte David House, ein Kollege von Intel, die zunehmende Leistung von Transistoren berücksichtigt, um zu dem Schluss zu kommen, dass sich die Leistung integrierter Schaltkreise alle 18 Monate verdoppeln würde.

Die zitierte Quelle ( Link , alternativer Link ) wiederum sagt das aus

Beim Mooreschen Gesetz geht es im Wesentlichen um die Transistordichte, aber es gibt viele Versionen des Mooreschen Gesetzes für andere Fähigkeiten der digitalen Elektronik.

und das

1975 revidierte Moore seine Vorhersage, dass sich die Anzahl der Komponenten in integrierten Schaltkreisen jedes Jahr verdoppelt , und zwar alle zwei Jahre.

(Mein Fettdruck alle drei.)

Da mechanische Computer vermutlich weder auf Halbleitern basieren noch Transistoren oder integrierte Schaltkreise verwenden, gilt das Mooresche Gesetz einfach nicht für sie. Wenn Sie sich auf eine alternative, verwandte Beobachtung beziehen, beziehen Sie sich auf etwas anderes als das Mooresche Gesetz (aber möglicherweise davon abgeleitet).

Es ist wahrscheinlich, dass die Miniaturisierung einer Kurve folgen würde, aber ich kann mir nicht vorstellen, dass Sie Zahnräder in den Dimensionen von niedrigen Nanometern haben würden (die gleiche Größenordnung wie die Merkmale moderner integrierter Schaltkreise mit hoher Dichte). Das liegt einfach daran, dass Sie genug Material benötigen würden, um sich selbst zusammenzuhalten, während Sie eine Art nützliche Arbeit verrichten. Beispielsweise erfordert das Drehen eines Zahnrads zum Erhöhen eines Zählers eine gewisse Energiemenge, die an das Zahnrad geliefert und letztendlich von diesem unterstützt werden muss.

Um physische Komponenten dieser Dimensionen zu haben, benötigen Sie wahrscheinlich eine Art Supermaterial, das unter diesen Belastungen zusammenhält und seine Form behält. Abgesehen davon scheint es mir, dass Sie wahrscheinlich bei viel größeren Abmessungen als denen, die für alles, was einem heutigen integrierten Schaltkreis ähnelt, realisierbar sind, an eine physikalische Grenze stoßen werden.

Molekulare Maschinen

Theoretisch kann man „mechanische“ Maschinen bis hinunter auf die molekulare Ebene bauen. In der Biologie gibt es sie bereits, zum Beispiel Rotationsmotoren:

Drei Proteinmotoren wurden eindeutig als Rotationsmotoren identifiziert: der bakterielle Flagellenmotor und die beiden Motoren, die die ATP-Synthase (F 0F 1 ATPase) bilden. Von diesen beziehen der bakterielle Flagellenmotor und die F 0 -Motoren ihre Energie aus einer transmembranen Ionen-Antriebskraft, während der F 1 -Motor durch ATP-Hydrolyse angetrieben wird.

Und auch andere Maschinen wie Ribosomen und die folgenden:

Zytoskelettmotoren

Polymerisationsmotoren

Rotationsmotoren:

Nukleinsäuremotoren

Virale DNA-Verpackungsmotoren

Enzymatische Motoren:

Synthetisches Molekül

https://www.cell.com/trends/cell-biology/fulltext/S0962-8924(03)00004-7

Forscher arbeiten derzeit an sogenannten biologischen Computern, die anders funktionieren als die heutigen Standard-von-Neumann-Maschinen.

BEARBEITEN

Auch mechanische Monitore hätten sich ähnlich schnell verbessert, da sie sich aus diesem mechanischen Fernseher entwickelt haben: https://www.vox.com/2015/3/25/8285977/mechanical-television

Die einfache Antwort lautet: Ja, weil sie es taten. Sie folgten nicht dem Mooreschen Gesetz (das, wie Moore sagte, nie wirklich richtig war, noch erwartete er jemals, dass sich die Flugbahn fortsetzt), aber sie existierten, und der Trend zur Miniaturisierung hielt sicherlich an, bis die Transistoren die Oberhand gewannen.

Menschen neigen dazu zu vergessen, dass eine Uhr ein mechanischer Computer ist. Frühe Uhren waren massive mechanische Systeme. Im Laufe der Zeit (Wortspiel beabsichtigt) ermöglichten maschinelle Bearbeitungsfähigkeiten den Menschen, die Größe von Uhren zu verkleinern, bis es möglich wurde, Uhren im Taschenformat zu bauen. Chronometer folgten demselben Weg – Harrisons ursprünglicher Chronometer erforderte eine große Holzkiste, aber seine späteren Chronometer hatten die Größe großer Uhren. Die Uhrwerkstechnologie und die Aufzugsmechanismen haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt und wurden bis an die Grenzen der Bearbeitung und der Materialien miniaturisiert.

Nachdem die Uhrmacherei die Konstruktion miniaturisierter Mechanismen fest etabliert hatte, wurden mechanische Computer in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts umfassend entwickelt und eingesetzt. Bis zum Zweiten Weltkrieg verwendeten die meisten Flugzeuge, Kriegsschiffe und Artillerie mechanische Computer, die als "Prädiktoren" bezeichnet wurden, um die Genauigkeit zu verbessern und den Luftwiderstand und (für Flugzeuge und Flugabwehrgeschütze) relative Geschwindigkeiten zu berücksichtigen.

Diese rein mechanischen Computer wurden jedoch immer noch von elektromechanischen Computern übertroffen, die Relaisbänke mit Mechanismen zum Drehen dieser Relaisbänke integrierten. Relais sind mechanische Systeme mit elektrischer Energie. Alles, was Transistorschalter derzeit tun, kann (wenn auch langsamer) von Relais erledigt werden, und tatsächlich war die frühe Einführung von Transistoren einfach ein Drop-in-Ersatz für Relais in bestehenden elektromechanischen Computern. Wäre der Transistor nie erfunden worden, wäre die Reiserichtung wahrscheinlich die Entwicklung kleinerer und zuverlässigerer Relais gewesen. (Um abzuschweifen, Terry Pratchetts Roman Strata geht davon aus, dass dies Teil der zugrunde liegenden Mechanismen in Discworld ist.)

Und dann Diskworld. Sie können sagen "auf keinen Fall Festplatten", aber das ist Unsinn. Eine Festplatte ist ein mechanisches System mit elektrischer Energie. Unsere heutigen Festplatten sind eine Weiterentwicklung des Trommelspeichers , der eher ein klassisches elektromechanisches System ist. Festplatten sind eigentlich eine fast zwangsläufige und von der Elektronik unabhängige Entwicklung. Sie wären nicht so gut wie das, was wir derzeit haben, sicher, aber sie wären da.

In Ihrer elektronikfreien Welt wäre das Endergebnis also eine zunehmende Miniaturisierung von Relais und relaisbasierten Computern. Natürlich könnte dies niemals die Größe eines Transistors erreichen, aber wir könnten durchaus Taschenrechner, ziemlich komplexe Festnetztelefonsysteme und lagergroße Computer haben, wie sie in den 1960er Jahren erhältlich waren. Das Moore'sche Gesetz würde dort wahrscheinlich genauso ins Stocken geraten, wie es derzeit für Silizium ins Stocken geraten ist.

Ugols Gesetz ist ein Gesetz, indem es versucht, die Natur zu erklären: „Du bist nicht der Einzige.“

Das Mooresche Gesetz ist jedoch überhaupt kein Gesetz. Es erklärt die Natur nicht, es befiehlt – nun ja, nicht die Natur. Es beherrscht Forschung und Entwicklung .

Es ist eine Branchenvereinbarung darüber, wie Gewinne ausgegeben werden. Insbesondere, um der Forschung und Entwicklung genügend Gewinne zu geben, um diese Rate der Prozessorleistungssteigerung voranzutreiben, anstatt dieses Geld als Dividende an die Aktionäre zu zahlen.

Oder betrachten Sie es als Absprachen der Industrie, die F&E-Gelder auf ein Niveau zu begrenzen , das nicht alle Gewinne aufzehrt und dazu führt, dass Unternehmen sich selbst und andere in den Bankrott treiben, wenn sie versuchen, in einem exponentiellen Technologiewettlauf mitzuhalten. Es ermöglicht den Aktionären Gewinnmitnahmen.

Umgekehrt erlaubt es das Management, bei Aktionärsversammlungen aufzustehen und ein schwaches Jahr mit hohen F&E-Investitionen zu erklären: „Wir brauchten die F&E-Finanzierung, um unsere Ziele nach dem Mooreschen Gesetz zu erreichen“.

Also überhaupt kein Gesetz, nur ein supercooler Entwicklungsplan, der es Aktionären, Managern und Entwicklern gleichermaßen ermöglichte, den Traum zu teilen.

Die Antwort auf Ihre Frage lautet

Das Mooresche Gesetz betrifft mechanische Computer genau so sehr, wie diese Gesellschaft das Mooresche Gesetz (oder ein anderes Entwicklungsziel) zu einem Teil ihrer nationalen Vision/Verpflichtung/Verrücktheit macht .

Sie erhalten exponentielles Wachstum, wenn das Wachstum mehr Wachstum fördert.
Für eine Branche bedeutet das, dass sich die Produkte nicht nur gut verkaufen, sondern auch beim Aufbau der nächsten Generation von Produktionslinien helfen. Im Falle integrierter Schaltkreise geschah dies nicht nur mit Computern, die bei der Planung für die nächste Generation halfen, sondern auch in der Maschinenbauindustrie, die die Forschungsergebnisse aus der Bildgebung und den Verbesserungen der Präzisionswerkzeuge der Generation X nutzte, um die Werkzeuge für die Generation X+1 zu bauen .

Bei mechanischen Computern hat dieser Selbstverbesserungszyklus nie begonnen. Die Maschinen waren immer zu schwierig herzustellen, einige von ihnen waren sogar älter als die Ära der Massenproduktion (Leibniz baute eine), andere waren einfach unerreichbar für die damalige Ingenieurstechnologie (Babbage, er konnte keine Werkstatt finden, die das tun würde die Zahnräder mit der erforderlichen Präzision herzustellen).

Ich denke jedoch, dass wir während der Industriellen Revolution ein exponentielles Wachstum im Maschinenbau hatten, also wäre die Antwort meiner Meinung nach: Ja, es gab das Mooresche Gesetz für mechanische Sachen, es galt nur nicht für Computer, sondern für Dampfmaschinen und verwandte Technologien.

Auch die Elektrotechnik explodierte, als die Basistechnologien rund um den Wechselstrom zur Verfügung standen.

D. h., meine aktuelle Theorie lautet: Technologischer Fortschritt ist eine Reihe von exponentiellen Verbesserungen, die so lange laufen, bis sie auf eine Barriere stoßen (wie es für exponentielles Wachstum typisch ist).

Es gab ein exponentielles Wachstum bei elektronischen Computern, weil die zentrale Aufgabe bei der Herstellung winziger integrierter Schaltkreise tatsächlich einfach ist. Lithografie ist der Fotografie sehr ähnlich. Sie erstellen Maschinen mit Milliarden von Komponenten, indem Sie nur ein Foto machen oder eine Fotokopie erstellen. Sie stellen beide eine Milliarde Komponenten her und montieren eine Milliarde Komponenten! Ich möchte die vielen peripheren Probleme nicht unterschätzen (z. B. wie man eine Milliarde Komponenten anordnet), aber weil diese Probleme nicht unlösbar waren und jedes neue Problem viel von den vorherigen Fortschritten in der Berechnung profitierte, führte dies zu exponentieller Fortschritt.

Integrierte Schaltkreise sind nicht das einzige Beispiel für schnelles exponentielles Wachstum. Atomwaffen haben in nur wenigen Jahrzehnten um das 10.000-fache an Macht zugenommen. Es stellte sich heraus, dass sie auch einfach waren.

Leider haben wir kein einfaches Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern. Die Herstellung präziser Maschinen bleibt schwierig. Ich denke, ein mechanischer Computer könnte so gebaut werden, dass er relativ leistungsstark ist, mit winzigen Komponenten, die vor Staub geschützt sind, und mit Fehlerkorrektur, um Ausfälle zu umgehen. Aber der Bau des zweiten würde genauso lange dauern wie der erste und unwirtschaftlich sein. (Ohne Lithographie wären wir auch mit handmontierten Vakuumröhren nicht weit gekommen.)

Wenn Sie sich einen ähnlich einfachen Weg vorstellen könnten, mechanische Computer herzustellen, könnten Sie eine Zeit des schnellen exponentiellen Fortschritts erleben.