Proč jsou moderní počítače o tolik lepší než staré? Jedno vysvětlení se týká obrovského počtu pokroků, k nimž došlo v oblasti mikroprocesorového výkonu za posledních několik desetiletí. Zhruba každých 18 měsíců se počet tranzistorů, které lze vtěsnat do integrovaného obvodu, zdvojnásobí.
Tento trend byl poprvé zaznamenán v roce 1965 spoluzakladatelem společnosti Intel Gordonem Moorem a je populárně označován jako „Moorův zákon.“ Výsledky posunuly technologii kupředu a proměnily ji v bilionový průmysl, ve kterém nepředstavitelně výkonné čipy lze nalézt ve všem, od domácích počítačů přes autonomní auta až po chytrou domácnost zařízení.
Doporučená videa
Ale Moorův zákon možná nebude moci pokračovat donekonečna. High-tech průmysl by mohl milovat jeho řeči o exponenciálním růstu a digitálně řízeném „konci“. nedostatek“, ale existují fyzické limity schopnosti neustále zmenšovat velikost součástí čip.
Co je Moorův zákon?
Moorův zákon je pozorování, které v roce 1965 učinil spoluzakladatel společnosti Intel Gordon Moore. Uvádí, že zhruba každých 18 měsíců se počet tranzistorů, které lze vtěsnat do integrovaného obvodu, zdvojnásobí.
Již miliardy tranzistorů na nejnovějších čipech jsou pro lidské oko neviditelné. Pokud by měl Moorův zákon pokračovat do roku 2050, inženýři budou muset postavit tranzistory ze součástek, které jsou menší než jeden atom vodíku. Pro společnosti je také stále dražší držet krok. Výstavba závodů na výrobu nových čipů stojí miliardy.
V důsledku těchto faktorů mnoho lidí předpovídá, že Mooreův zákon pomine někdy na začátku roku 2020, kdy čipy obsahují komponenty, které jsou od sebe vzdáleny pouze asi 5 nanometrů. Co se stane potom? Zastavuje se technologický pokrok, jako bychom dnes uvízli na stejném počítači s Windows 95, jaký jsme vlastnili před několika desítkami let?
Spíš ne. Zde je sedm důvodů, proč konec Moorova zákona nebude znamenat konec počítačového pokroku, jak jej známe.
Moorův zákon neskončí „jen tak“
Představte si katastrofu, která by nás postihla, kdyby zítra přestal fungovat termodynamický zákon nebo tři Newtonovy pohybové zákony. Moorův zákon, navzdory svému názvu, není univerzálním zákonem tohoto druhu. Místo toho je to pozorovatelný trend, jako je skutečnost, že Michael Bay má tendenci vydávat nové Transformátory film v létě - kromě, víte, dobrý.
Dva čipy Intel 8080 ze 70. let (vlevo nahoře), Intel 486 a Pentium z let 1989 a 1992 (vpravo nahoře), dvoujádrový procesor Xeon 5100 z roku 2006 a i7 8. generace z roku 2017.
Proč to přinášíme? Protože Moorův zákon neskončí jen tak, jako když někdo vypne gravitaci. To, že již nemáme zdvojení tranzistorů na čipu každých 18 měsíců, neznamená, že se pokrok úplně zastaví. Znamená to pouze, že rychlost vylepšení bude o něco pomalejší.
Představte si to jako olej. Dostali jsme snadno dosažitelné věci na povrch, nyní musíme použít technologie, jako je frakování, abychom získali přístup k obtížněji dostupným zdrojům.
Lepší algoritmy a software
Vzpomeňte si na hvězdy NFL nebo NBA, které vydělávají tolik peněz, že se nemusí starat o to, aby jejich stávající úspory vydržely déle. To je trochu chaotická, ale stále relevantní metafora vztahu mezi Moorovým zákonem a softwarem.
Vymáčknutí většího výkonu ze stejných čipů se stane mnohem vyšší prioritou.
I když je venku krásně kódovaný software, mnoho času se programátoři nemuseli příliš starat o zefektivnění jejich kód, aby byl rok od roku méně pomalý, protože vědí, že ho budou moci spustit procesory příští rok lepší. Pokud však Moorův zákon již nečiní stejné pokroky, nelze se na tento přístup již spoléhat.
Vymáčknutí většího softwarového výkonu ze stejných čipů se proto stane mnohem vyšší prioritou. Pro rychlost a efektivitu to znamená vytvoření lepších algoritmů. Kromě rychlosti to doufejme bude znamenat elegantnější software s velkým zaměřením na uživatelskou zkušenost, vzhled a kvalitu.
I kdyby měl Moorův zákon zítra skončit, optimalizace dnešního softwaru by stále zajistila roky, ne-li desetiletí růstu – i bez vylepšení hardwaru.
Specializovanější čipy
Jedním ze způsobů, jak mohou návrháři čipů překonat zpomalení pokroku v oblasti čipů pro všeobecné použití, je vyrábět stále více specializovaných procesorů. Grafické procesorové jednotky (GPU) jsou jen jedním příkladem toho. Lze použít i vlastní specializované procesory neuronové sítě, počítačové vidění pro samořídící auta, hlasové rozpoznávánía zařízení internetu věcí.
Jak se Mooreův zákon zpomaluje, výrobci čipů zvýší výrobu specializovaných čipů. Například GPU jsou již hnací silou počítačového vidění v autonomních automobilech a sítích od vozidel k infrastruktuře.
Tyto speciální konstrukce se mohou pochlubit řadou vylepšení, například vyšší úrovní výkonu na watt. Mezi společnosti, které naskakují do tohoto zákaznického vlaku, patří lídr trhu Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM a další.
Stejně jako lepší programování nutí zpomalení pokroku ve výrobě návrháře čipů, aby byli přemýšlivější, pokud jde o vymýšlení nových architektonických průlomů.
Už to není jen o čipech
Moorův zákon se zrodil v polovině 60. let, čtvrt století předtím, než počítačový vědec Tim Berners-Lee vynalezl World Wide Web. I když tato teorie od té doby platí, ve věku připojených zařízení je také méně potřeba spoléhat na lokalizované zpracování. Jistě, spousta funkcí na vašem PC, tabletu, popř chytrý telefon jsou zpracovávány na samotném zařízení, ale stále větší počet nikoli.
S cloud computingem lze spoustu těžké zátěže provádět jinde.
Cloud computing znamená, že velkou část břemene velkých výpočetních problémů lze provádět jinde ve velkém datová centra využívající masivně paralelní systémy, které využívají mnohonásobně větší počet tranzistorů v běžném jediném počítač. To platí zejména pro A.I. náročné úkoly, jako jsou chytří asistenti, které používáme na našich zařízeních.
Tím, že toto zpracování provedete jinde a odpověď bude doručena zpět do vašeho místního počítače, jakmile bude vypočítané, stroje mohou být exponenciálně chytřejší, aniž by musely měnit své procesory každých 18 měsíců nebo tak.
Nové materiály a konfigurace
Silicon Valley získalo své jméno z nějakého důvodu, ale výzkumníci jsou zaneprázdněni zkoumáním budoucích čipů, které by mohly být vyrobeny z jiných materiálů než křemíku.
Například Intel odvádí úžasnou práci s tranzistory, které jsou zabudovány ve vyšším 3D místo položení naplocho experimentovat s různými způsoby, jak zabalit tranzistory do obvodu deska. Jiné materiály, jako jsou materiály založené na prvcích ze třetího a pátého sloupce periodické tabulky, by mohly převzít křemík, protože jsou lepšími vodiči.
Právě teď není jasné, zda budou tyto látky škálovatelné nebo cenově dostupné, ale vzhledem ke kombinované odbornosti to nejlepší z technologického průmyslu – a pobídka, která s tím bude souviset – další polovodičový materiál by mohl být venku čekání.
Kvantové počítání
Kvantové počítání je pravděpodobně nejvíce „tam venku“ nápad na tomto seznamu. Je to také druhé nejvíce vzrušující. Kvantové počítače jsou právě teď experimentální a velmi drahá technologie. Jsou to jiné zvíře než nám známé binární digitální elektronické počítače, které jsou založeny na tranzistorech.
Namísto kódování dat do bitů, které jsou buď 0 nebo 1, se kvantové výpočty zabývají kvantovými bity, které mohou být 0, 1 a zároveň 0 a 1. Dlouhý příběh krátce? Tyto superpozice by mohly učinit kvantové počítače mnohem rychlejšími a efektivnějšími než v současnosti existující mainstreamové počítače.
Výroba kvantových počítačů s sebou nese spoustu výzev (z jedné věci je třeba je udržovat neuvěřitelně chladné). Pokud však inženýři dokážou vyřešit tento problém, můžeme být schopni spustit obrovský pokrok tempem tak rychlým, že by se z toho Gordonu Mooreovi zatočila hlava.
Věci, které nás zatím nenapadají
Smartphony by v 80. letech minulého století předpověděl jen málokdo. Myšlenka, že by se Google stal gigantem, jakým je, nebo že by byl web elektronického obchodu jako Amazon na dobré cestě stát se první společností v hodnotě 1 bilionu dolarů na začátku 90. let by to znělo šíleně.
Jde o to, že pokud jde o budoucnost výpočetní techniky, nebudeme tvrdit, že přesně víme, co je za rohem. Ano, právě teď kvantové výpočty vypadají jako velká dlouhodobá počítačová naděje po Moorově zákonu, ale je pravděpodobné, že za pár desetiletí budou počítače vypadat úplně jinak než ty, které používáme dnes.
Ať už jde o nové konfigurace strojů, čipy vyrobené ze zcela nových materiálů nebo nové typy subatomárního výzkumu, které otevírají věříme, že budoucnost výpočetní techniky – se vší vynalézavostí, kterou zahrnuje – bude mít nové způsoby balení tranzistorů na čipy Dobře.
Doporučení redakce
- Nová kardiologie A.I. ví, jestli brzy zemřeš. Lékaři nedokážou vysvětlit, jak to funguje
