Vieną 1965 metų pavasario dieną trumpa 36 metų inžinieriaus pastaba nustatė šiuolaikinių technologijų ritmą. Gordono Moore'o įžvalga, kad tranzistorių skaičius maždaug padvigubės kas 18–24 mėnesius, o sąnaudos mažės, ilgainiui tapo ne tiek prognoze, kiek pažadu. Dešimtmečius šis ritmas maitino visą erą: kambario dydžio didieji kompiuteriai užleido vietą kišeniniams įrenginiams, turintiems daugiau skaičiavimo galios nei kosminiai aparatai, pirmą kartą pasiekę Mėnulį.

Tačiau pažadai turi galiojimo laiką, kurį nustato gamtos dėsniai. Tranzistorių mažinimas darė stebuklus, kol jų masteliai priartėjo prie atomų. Dennardo mastelio keitimas kadaise garantavo didesnį našumą ir mažesnes energijos sąnaudas mažėjant elementams, bet ši taisyklė žlugo gerokai anksčiau, nei lustai pasiekė atominius matmenis. Pažanga, kuri atrodė neišvengiama, ėmė lėtėti, o vėliau ir strigti.

Kaip ir kodėl sprintas virto sunkiu ropojimu? Atsakymas paprastas ir negailestingas: fizika. Kai tranzistorių vartai tampa vos kelių nanometrų pločio, tiesiog saujelės silicio atomų dydžio, elektronai nebesielgia kaip tvarkingi biliardo rutuliai. Jie elgiasi kaip bangos. Jie tuneliuoja. Tranzistorius, kuris turėtų būti išjungtas, gali praleisti srovę, nes elektronas gali „prasiskverbti“ pro tai, kas anksčiau buvo laikoma neįveikiamu barjeru. Maži nuotėkiai susideda. Milijardai pratekančių jungiklių viename kristale iš sumanaus procesoriaus padaro kompaktišką šildytuvą.

Šiluma atnešė dar vieną ribą: terminę sieną. Taktiniai dažniai kilo nuo vienženklių gigahercų iki anksčiau sunkiai įsivaizduojamų skaičių, tačiau ties maždaug 4–5 GHz grąža išnyko. Padidinus dažnį ne tik skaičiuojama greičiau, bet ir perkaitinamas lustas. Taip atsirado keistas ir brangus reiškinys, vadinamas tamsiuoju siliciu, kai didelės lusto sritys bet kuriuo metu turi likti išjungtos, kad būtų išvengta perkaitimo. Daugiau tranzistorių nebereiškė daugiau realiai panaudojamo našumo.

Inžinieriai atsisakė pripažinti pralaimėjimą. Jie pertvarkė tranzistorius trimatėje erdvėje. 2011 metais pramonė perėjo prie FinFET tranzistorių, peleką primenančios struktūros, leidžiančios vartams valdyti kanalą iš kelių pusių ir sumažinti nuotėkius. FinFET dar vienam dešimtmečiui pratęsė technologinį planą ir leido pasiekti 7 nm bei 5 nm technologinius mazgus. Tačiau mazgams artėjant prie 3 nm ir mažiau, net FinFET ėmė strigti. Atsakymu tapo dar glaudesnė kontrolė: GAAFET, kur vartai visiškai apgaubia nanojuosteles arba nanolakštus, užspausdami kiekvieną galimą pabėgimo kelią. Tokių atominiu mastu kuriamų struktūrų gamyba yra vienas didžiųjų inžinerijos pasiekimų.

Vis dėlto fizika yra tik pusė istorijos. Kitą skyrių parašė ekonomika. Pažangiausia fotolitografija šiandien priklauso nuo ekstremalios ultravioletinės spinduliuotės įrangos, milžiniškų mašinų, kurių beveik neįmanoma sukurti be išskirtinės kompetencijos. Nyderlandų bendrovė ASML yra vienintelė EUV litografijos įrenginių, galinčių spausdinti 3 nm klasės struktūras, tiekėja. Kiekvienas įrenginys savo dydžiu primena autobusą, turi daugiau nei šimtą tūkstančių dalių ir kainuoja apie tris šimtus milijonų dolerių. O šiuolaikinė pažangiausių lustų gamykla? Jos kaina siekia dešimtis milijardų. Šie skaičiai pakeitė visą pramonę: sritis, kurioje kadaise veikė dešimtys silicio gamintojų, susitelkė kelių milžinų rankose.

Kas nutinka, kai tranzistorių nebegalima amžinai tiesiog mažinti? Pakeičiamos taisyklės. Pramonė tolsta nuo monolitinių, universalių procesorių ir juda link heterogeninių sistemų bei čipletais paremtų konstrukcijų. Užuot mėginę kiekvieną funkciją sutalpinti į vieną kristalą, pagamintą tuo pačiu technologiniu mazgu, kūrėjai sujungia mažesnes dalis, čipletus, kuriuos galima gaminti skirtingais procesais, o vėliau integruoti naudojant pažangią pakuotę. Tai pragmatiška. Tai pigiau. Tai lankstu.

Specializuoti spartintuvai taip pat tapo itin svarbūs. Grafikos procesoriai, neuroniniai procesoriai ir konkrečioms sritims skirti lustai, tokie kaip „Google“ TPU ar „Apple“ M serijos silicis, rodo, kad vien žalias tranzistorių tankis nėra vienintelis kelias į našumą. Perkelkite matematiką į aparatūrą, sukurtą būtent tai matematikai, ir efektyvumas staiga išauga. Sparčiai juda ir fotonika, kai daliai ryšio bei skaičiavimo užduočių vietoj elektronų naudojama šviesa, žadanti mažesnes energijos sąnaudas duomenų perdavimui. O ties pačia galimybių riba kvantiniai kompiuteriai siūlo radikaliai kitokį skaičiavimo modelį, o ne vien esamų sistemų miniatiūrizavimą.

Moore'o dėsnis nemirė; jis buvo nukreiptas į išmanesnes architektūras, naujas medžiagas ir sisteminį mąstymą.

Puslaidininkių istorija pasitraukė nuo vieno rodiklio, tranzistorių tankio, prie platesnio kompromisų rinkinio: kainos vienai funkcijai, energijos vienai operacijai ir gebėjimo sujungti skirtingas dalis į vientisas sistemas. Ateitis mažiau priklausys nuo beatodairiško mažinimo ir labiau nuo sumanios kompozicijos: čipletų ir 3D sluoksniavimo, fotoninių jungčių, specializuotų spartintuvų bei programinės įrangos, kuri efektyviai koordinuoja įvairius komponentus.

Inžinieriai nepasiduoda kvantinėms riboms. Jie perbraižo kovos lauką. Kai vienos fizikos durys užsidaro, jie pramuša sieną ir padaro langą. Kitas dešimtmetis atrodys kitaip nei praėjęs, bet jis bus ne mažiau išradingas, o gal net įdomesnis.