Защо съвременните компютри са много по-добри от старите? Едно обяснение е свързано с огромния брой напредъци, постигнати в микропроцесорната мощност през последните няколко десетилетия. Приблизително на всеки 18 месеца броят на транзисторите, които могат да бъдат притиснати към една интегрална схема, се удвоява.
Тази тенденция е забелязана за първи път през 1965 г. от съоснователя на Intel Гордън Мур и е популярно наричана „Закон на Мур.” Резултатите тласнаха технологията напред и я превърнаха в индустрия за трилиони долари, в която невъобразимо мощни чипове могат да бъдат намерени във всичко - от домашни компютри до автономни автомобили до интелигентно домакинство устройства.
Препоръчани видеоклипове
Но законът на Мур може да не е в състояние да продължи безкрайно. Високотехнологичната индустрия може да хареса приказките си за експоненциален растеж и дигитално управляван „край на недостиг“, но има физически ограничения за способността за непрекъснато намаляване на размера на компонентите чип.
Какво е законът на Мур?
Законът на Мур е наблюдение, направено от съоснователя на Intel Гордън Мур през 1965 г. Той гласи, че приблизително на всеки 18 месеца броят на транзисторите, които могат да бъдат вкарани в интегрална схема, се удвоява.
Вече милиардите транзистори на най-новите чипове са невидими за човешкото око. Ако законът на Мур продължи до 2050 г., инженерите ще трябва да изградят транзистори от компоненти, които са по-малки от един атом водород. Освен това за компаниите е все по-скъпо да се справят. Изграждането на заводи за производство на нови чипове струва милиарди.
В резултат на тези фактори много хора прогнозират, че законът на Мур ще отпадне известно време в началото на 2020 г., когато чиповете включват компоненти, които са само на около 5 нанометра един от друг. Какво се случва след това? Дали технологичният прогрес спира, сякаш днес сме заседнали, използвайки същия компютър с Windows 95, който притежавахме преди няколко десетилетия?
Не точно. Ето седем причини, поради които краят на закона на Мур няма да означава край на изчислителния прогрес, какъвто го познаваме.
Законът на Мур няма да свърши „просто така“
Представете си бедствието, което би ни сполетяло, ако утре законът на термодинамиката или трите закона на Нютон престанат да функционират. Законът на Мур, въпреки името си, не е универсален закон от този вид. Вместо това, това е забележима тенденция като факта, че Майкъл Бей има тенденция да пуска нов Трансформърс филм през лятото - освен, знаете ли, добър.
Два чипа Intel 8080 от 1970 г. (горе вляво), Intel 486 и Pentium от 1989 и 1992 г. (горе вдясно), двуядрен процесор Xeon 5100 от 2006 г. и i7 8-мо поколение от 2017 г.
Защо повдигаме това? Защото законът на Мур няма просто да свърши като някой да изключи гравитацията. Само защото вече нямаме удвояване на транзистори на чип на всеки 18 месеца, не означава, че прогресът ще спре напълно. Това просто означава, че скоростта на подобренията ще се случи малко по-бавно.
Представете си го като масло. Извадихме лесните за достигане неща на повърхността, сега трябва да използваме технологии като фракинг, за да получим достъп до по-трудните за получаване ресурси.
По-добри алгоритми и софтуер
Помислете за онези звезди от НФЛ или НБА, които правят толкова много пари, че не е нужно да се притесняват дали съществуващите им спестявания ще издържат по-дълго. Това е малко объркана, но все пак уместна метафора за връзката между закона на Мур и софтуера.
Изстискването на повече производителност от едни и същи чипове ще стане много по-висок приоритет.
Въпреки че има красиво кодиран софтуер, през много време програмистите не е трябвало да се тревожат твърде много за рационализирането техния код, за да го направят по-малко бавен година след година, защото знаят, че компютърните процесори през следващата година ще могат да го изпълняват По-добре. Ако обаче законът на Мур вече не дава същия напредък, на този подход вече не може да се разчита.
Следователно изстискването на повече софтуерна производителност от едни и същи чипове ще стане много по-висок приоритет. За скорост и ефективност това означава създаване на по-добри алгоритми. Освен скоростта, да се надяваме, че това ще означава по-елегантен софтуер със страхотно ниво на фокус върху потребителското изживяване, външен вид и усещане и качество.
Дори законът на Мур да приключи утре, оптимизирането на днешния софтуер пак ще осигури години, ако не и десетилетия, растеж – дори без хардуерни подобрения.
По-специализирани чипове
С това казано, един от начините дизайнерите на чипове да преодолеят забавянето на напредъка в чиповете с общо предназначение е вместо това да създават все по-специализирани процесори. Графичните процесори (GPU) са само един пример за това. Могат да се използват и персонализирани специализирани процесори невронни мрежи, компютърно зрение за самоуправляващи се автомобили, гласово разпознаванеи устройства за интернет на нещата.
Тъй като законът на Мур се забавя, производителите на чипове ще увеличат производството на специализирани чипове. Графичните процесори, например, вече са движеща сила за компютърно зрение в автономни автомобили и инфраструктурни мрежи от превозни средства.
Тези специални дизайни могат да се похвалят с редица подобрения, като например по-високи нива на производителност на ват. Компаниите, които скачат на тази персонализирана банда, включват пазарния лидер Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM и др.
Точно като по-доброто програмиране, забавянето на напредъка в производството принуждава дизайнерите на чипове да бъдат по-внимателни, когато става въпрос за измисляне на нови архитектурни пробиви.
Вече не става въпрос само за чиповете
Законът на Мур е роден в средата на 60-те години на миналия век, четвърт век преди компютърният учен Тим Бърнърс-Лий да изобрети световната мрежа. Докато теорията е вярна оттогава, има и по-малка нужда да се разчита на локализирана обработка в ерата на свързаните устройства. Разбира се, много от функциите на вашия компютър, таблет или смартфон се обработват на самото устройство, но все по-голям брой не са.
С облачните изчисления голяма част от тежката работа може да се извърши другаде.
Облачните изчисления означават, че голяма част от тежката работа за големи изчислителни проблеми може да се извърши навсякъде другаде центрове за данни, използвайки масивни паралелни системи, които използват много, много пъти повече транзистори в един обикновен компютър. Това е особено вярно за A.I. интензивни задачи, като интелигентните асистенти, които използваме на нашите устройства.
Като тази обработка се извършва другаде и отговорът се доставя обратно на вашата локална машина, когато е готов изчислено, машините могат да станат експоненциално по-умни, без да се налага да сменят своите процесори на всеки 18 месеца или така.
Нови материали и конфигурации
Силиконовата долина спечели името си с причина, но изследователите са заети с проучване на бъдещи чипове, които могат да бъдат направени от материали, различни от силиций.
Например, Intel върши невероятна работа с транзистори, които са изградени в 3D нагоре модел, вместо да лежи плоско, за да експериментирате с различни начини за опаковане на транзистори върху верига дъска. Други материали, като тези, базирани на елементи от третата и петата колона на периодичната таблица, биха могли да поемат мястото на силиция, защото те са по-добри проводници.
В момента не е ясно дали тези вещества ще бъдат мащабируеми или достъпни, но предвид комбинирания опит на най-доброто в технологичната индустрия - и стимулът, който ще върви заедно с него - следващият полупроводников материал може да е там очакване.
Квантово изчисление
Квантово изчисление е може би най-„там“ идеята в този списък. Това е и второто най-вълнуващо. В момента квантовите компютри са експериментална и много скъпа технология. Те са различни животни от бинарните цифрови електронни компютри, които познаваме, които са базирани на транзистори.
Вместо да кодира данни в битове, които са 0 или 1, квантовите изчисления работят с квантови битове, които могат да бъдат 0, 1 и 0 и 1 едновременно. Накратко? Тези суперпозиции могат да направят квантовите компютри много по-бързи и по-ефективни от съществуващите в момента масови компютри.
Създаването на квантови компютри носи много предизвикателства (те трябва да се държат невероятно студени за едно нещо). Въпреки това, ако инженерите успеят да разрешат този проблем, може да успеем да предизвикаме огромен напредък с толкова бързо темпо, че да замая главата на Гордън Мур.
Неща, за които още не можем да се сетим
Много малко хора биха предвидили смартфоните през 80-те години. Идеята, че Google ще стане гигантът, който е, или че уебсайт за електронна търговия като Amazon ще бъде на път да стане първата компания с 1 трилион долара би прозвучало налудничаво в началото на 90-те.
Въпросът е, че когато става въпрос за бъдещето на компютрите, ние няма да твърдим, че знаем какво точно ни чака зад ъгъла. Да, в момента квантовите изчисления изглеждат като голямата дългосрочна изчислителна надежда след закона на Мур, но шансовете са, че след няколко десетилетия компютрите ще изглеждат напълно различни от тези, които използваме днес.
Независимо дали става дума за нови конфигурации на машини, чипове, направени от изцяло нови материали, или нови видове субатомни изследвания, които отварят нови начини за опаковане на транзистори в чипове, ние вярваме, че бъдещето на компютрите - с цялата изобретателност, която включва - ще бъде А-добре.
Препоръки на редакторите
- Нова кардиология A.I. знае дали скоро ще умреш. Лекарите не могат да обяснят как работи
