Hvorfor er moderne computere så meget bedre end gamle? En forklaring vedrører det enorme antal fremskridt, der er sket inden for mikroprocessorkraft i løbet af de sidste årtier. Omtrent hver 18. måned fordobles antallet af transistorer, der kan klemmes på et integreret kredsløb.
Denne trend blev først opdaget i 1965 af Intels medstifter Gordon Moore, og er populært omtalt som "Moores lov." Resultaterne har drevet teknologien fremad og forvandlet den til en trillion-dollar industri, hvor ufatteligt kraftige chips kan findes i alt fra hjemmecomputere til autonome biler til smarte husholdninger enheder.
Anbefalede videoer
Men Moores lov kan muligvis ikke fortsætte i det uendelige. Den højteknologiske industri vil måske elske sin snak om eksponentiel vækst og en digitalt drevet "slut på knaphed,” men der er fysiske grænser for muligheden for løbende at skrumpe størrelsen af komponenter på en chip.
Hvad er Moores lov?
Moores lov er en observation lavet af Intels medstifter Gordon Moore i 1965. Den siger, at omkring hver 18. måned fordobles antallet af transistorer, der kan klemmes på et integreret kredsløb.
Allerede milliarder af transistorer på de seneste chips er usynlige for det menneskelige øje. Hvis Moores lov skulle fortsætte gennem 2050, bliver ingeniører nødt til at bygge transistorer af komponenter, der er mindre end et enkelt brintatom. Det er også stadig dyrere for virksomheder at følge med. At bygge fabrikationsanlæg til nye spåner koster milliarder.
Som et resultat af disse faktorer forudsiger mange mennesker, at Moores lov vil forsvinde et stykke tid i begyndelsen af 2020'erne, hvor chips indeholder komponenter, der kun er omkring 5 nanometer fra hinanden. Hvad sker der efter det? Går det teknologiske fremskridt i stå, som om vi sad fast i dag med den samme Windows 95-pc, som vi ejede for et par årtier siden?
Ikke rigtig. Her er syv grunde til, at afslutningen på Moores lov ikke vil betyde enden på beregningsfremskridt, som vi kender det.
Moores lov vil ikke ende "bare sådan"
Forestil dig den katastrofe, der ville ramme os, hvis termodynamikkens lov eller Newtons tre bevægelseslove i morgen holdt op med at fungere. Moores lov er på trods af sit navn ikke en universel lov af denne art. I stedet er det en observerbar tendens som det faktum, at Michael Bay har en tendens til at udgive en ny Transformere film om sommeren - undtagen, du ved, god.
To Intel 8080-chips fra 1970'erne (øverst til venstre), Intel 486 og Pentium fra 1989 og 1992 (øverst til højre), Dual-Core Xeon Processor 5100 fra 2006 og i7 8. generation fra 2017.
Hvorfor tager vi det her op? Fordi Moores lov ikke bare ender som om nogen slår tyngdekraften fra. Bare fordi vi ikke længere har en fordobling af transistorer på en chip hver 18. måned, betyder det ikke, at fremskridtet stopper fuldstændigt. Det betyder bare, at hastigheden af forbedringer vil ske en smule langsommere.
Forestil dig det som olie. Vi har fået de let tilgængelige ting på overfladen, nu skal vi bruge teknologier som fracking for at få adgang til de sværere at få ressourcer.
Bedre algoritmer og software
Tænk på de NFL- eller NBA-stjerner, der tjener så mange penge, at de ikke behøver at bekymre sig om at få deres eksisterende opsparing til at vare længere. Det er en lidt rodet, men stadig relevant, metafor for forholdet mellem Moores lov og software.
At presse mere ydeevne ud af de samme chips vil få en meget højere prioritet.
Selvom der er smukt kodet software derude, har programmører meget af tiden ikke skulle bekymre sig for meget om at strømline deres kode for at gøre den mindre træg år efter år, fordi de ved, at næste års computerprocessorer vil være i stand til at køre den bedre. Hvis Moores lov ikke længere gør de samme fremskridt, kan denne tilgang imidlertid ikke længere stoles på.
At presse mere softwareydelse ud af de samme chips vil derfor blive en meget højere prioritet. For hastighed og effektivitet betyder det at skabe bedre algoritmer. Ud over hastighed vil det forhåbentlig betyde mere elegant software med et stort fokus på brugeroplevelse, look-and-feel og kvalitet.
Selv hvis Moores lov skulle slutte i morgen, ville optimering af nutidens software stadig give år, hvis ikke årtiers, vækst - selv uden hardwareforbedringer.
Mere specialiserede chips
Når det er sagt, er en måde for chipdesignere at overvinde opbremsningen af fremskridt inden for generelle chip at lave stadig mere specialiserede processorer i stedet. Graphics Processing Units (GPU'er) er blot et eksempel på dette. Brugerdefinerede specialiserede processorer kan også bruges til neurale netværk, computersyn til selvkørende biler, stemmegenkendelseog Internet of Things-enheder.
Efterhånden som Moores lov aftager, vil chipproducenter øge produktionen på specialiserede chips. GPU'er er for eksempel allerede en drivkraft for computersyn i autonome biler og køretøj-til-infrastruktur-netværk.
Disse specielle designs kan prale af en række forbedringer, såsom højere ydeevne pr. watt. Virksomheder, der hopper på denne brugerdefinerede vogn, omfatter markedsleder Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM og mere.
Ligesom bedre programmering tvinger nedgangen i produktionsfremskridt chipdesignere til at være mere betænksomme, når det kommer til at drømme om nye arkitektoniske gennembrud.
Det handler ikke længere kun om chipsene
Moores lov blev født i midten af 1960'erne, et kvart århundrede før datalogen Tim Berners-Lee opfandt World Wide Web. Selvom teorien har holdt stik lige siden da, er der også mindre behov for at stole på lokaliseret behandling i en tid med tilsluttede enheder. Sikker på, mange af funktionerne på din pc, tablet eller smartphone behandles på selve enheden, men et stigende antal er det ikke.
Med cloud computing kan meget af de tunge løft udføres andre steder.
Cloud computing betyder, at mange af de tunge løft til store beregningsproblemer kan udføres andre steder i store datacentre, der bruger massivt parallelle systemer, der udnytter mange, mange gange antallet af transistorer i en almindelig single computer. Det gælder især for A.I. intensive opgaver, såsom de smarte assistenter, vi bruger på vores enheder.
Ved at få denne behandling udført et andet sted, og svaret leveret tilbage til din lokale maskine, når det er beregnet, kan maskiner blive eksponentielt smartere uden at skulle skifte deres processor hver 18. måned eller så.
Nye materialer og konfigurationer
Silicon Valley fik sit navn af en grund, men forskere har travlt med at undersøge fremtidige chips, som kunne være lavet af andre materialer end silicium.
For eksempel laver Intel noget fantastisk arbejde med transistorer, som er bygget i en opadgående 3D mønster i stedet for at ligge fladt for at eksperimentere med forskellige måder at pakke transistorer på et kredsløb bestyrelse. Andre materialer, såsom dem, der er baseret på grundstoffer fra tredje og femte kolonne i det periodiske system, kunne tage over fra silicium, fordi de er bedre ledere.
Lige nu er det ikke klart, om disse stoffer vil være skalerbare eller overkommelige, men givet den kombinerede ekspertise fra teknologiindustriens fineste - og det incitament, der vil følge med det - det næste halvledermateriale kunne være derude venter.
Kvanteberegning
Kvanteberegning er nok den mest "derude" idé på denne liste. Det er også det mest næstmest spændende. Kvantecomputere er lige nu en eksperimentel og meget dyr teknologi. De er et andet dyr end de binære digitale elektroniske computere, vi kender, som er baseret på transistorer.
I stedet for at indkode data til bits, der er enten 0 eller 1, beskæftiger kvanteberegning sig med kvantebit, som kan være 0, 1 og både 0 og 1 på samme tid. Kort fortalt? Disse superpositioner kunne gøre kvantecomputere meget hurtigere og mere effektive end eksisterende almindelige computere.
At lave kvantecomputere byder på masser af udfordringer (de skal holdes utrolig kolde for én ting). Men hvis ingeniører kan løse dette problem, kan vi muligvis udløse enorme fremskridt i et tempo så hurtigt, at det ville få Gordon Moores hoved til at snurre.
Ting vi ikke kan komme i tanke om endnu
Meget få mennesker ville have forudsagt smartphones tilbage i 1980'erne. Ideen om, at Google ville blive den gigant, det er, eller at et e-handelswebsted som Amazon ville blive det på vej til at blive den første $1 billion virksomhed ville have lydt skørt i starten af 1990'erne.
Pointen er, at når det kommer til fremtiden for computere, vil vi ikke hævde at vide præcis, hvad der er rundt om hjørnet. Ja, lige nu ligner kvantecomputere det store langsigtede computerhåb efter Moores lov, men chancerne er, at computere om nogle få årtier vil se helt anderledes ud end dem, vi bruger i dag.
Uanset om det er nye konfigurationer af maskiner, chips lavet af helt nye materialer eller nye typer subatomær forskning, der åbner nye måder at pakke transistorer på til chips, tror vi, at fremtiden for computere – med al den opfindsomhed det indebærer – vil være A-okay.
Redaktørens anbefalinger
- Ny kardiologi A.I. ved, om du snart dør. Læger kan ikke forklare, hvordan det virker
