Warum sind moderne Computer so viel besser als alte? Eine Erklärung hängt mit den enormen Fortschritten zusammen, die in den letzten Jahrzehnten bei der Mikroprozessorleistung erzielt wurden. Ungefähr alle 18 Monate verdoppelt sich die Anzahl der Transistoren, die auf einem integrierten Schaltkreis untergebracht werden können.
Dieser Trend wurde erstmals 1965 von Intel-Mitbegründer Gordon Moore entdeckt und wird im Volksmund als „Moores Gesetz.“ Die Ergebnisse haben die Technologie vorangetrieben und sie in eine Billionen-Dollar-Industrie verwandelt, in der Unvorstellbar leistungsstarke Chips finden sich in allem, von Heimcomputern über autonome Autos bis hin zu intelligenten Haushalten Geräte.
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Aber Moores Gesetz kann möglicherweise nicht auf unbestimmte Zeit gelten. Der High-Tech-Branche gefällt es vielleicht, wenn sie von exponentiellem Wachstum und einem digital getriebenen „Ende“ spricht Knappheit“, aber es gibt physikalische Grenzen für die Fähigkeit, die Größe von Komponenten kontinuierlich zu verkleinern ein Chip.
Was ist Moores Gesetz?
Moores Gesetz ist eine Beobachtung des Intel-Mitbegründers Gordon Moore aus dem Jahr 1965. Darin heißt es, dass sich etwa alle 18 Monate die Anzahl der Transistoren, die auf einem integrierten Schaltkreis Platz finden, verdoppelt.“
Schon jetzt sind die Milliarden Transistoren auf den neuesten Chips für das menschliche Auge unsichtbar. Wenn das Mooresche Gesetz bis 2050 Bestand haben soll, müssen Ingenieure Transistoren aus Komponenten bauen, die kleiner als ein einzelnes Wasserstoffatom sind. Außerdem wird es für Unternehmen immer teurer, mitzuhalten. Der Bau von Fabriken für neue Chips kostet Milliarden.
Aufgrund dieser Faktoren gehen viele Menschen davon aus, dass das Mooresche Gesetz Anfang der 2020er Jahre irgendwann seine Gültigkeit verlieren wird, wenn Chips Komponenten enthalten, die nur etwa 5 Nanometer voneinander entfernt sind. Was passiert danach? Kommt der technologische Fortschritt zum Stillstand, als ob wir heute mit demselben Windows 95-PC festsitzen würden, den wir vor ein paar Jahrzehnten besaßen?
Nicht wirklich. Hier sind sieben Gründe, warum das Ende des Mooreschen Gesetzes nicht das Ende des Computerfortschritts, wie wir ihn kennen, bedeuten wird.
Moores Gesetz wird nicht „einfach so“ enden
Stellen Sie sich die Katastrophe vor, die uns widerfahren würde, wenn morgen das Gesetz der Thermodynamik oder die drei Newtonschen Bewegungsgesetze nicht mehr funktionieren würden. Das Mooresche Gesetz ist trotz seines Namens kein universelles Gesetz dieser Art. Stattdessen ist es ein beobachtbarer Trend wie die Tatsache, dass Michael Bay dazu neigt, etwas Neues herauszubringen Transformer Film im Sommer – außer, wissen Sie, gut.
Zwei Intel 8080-Chips aus den 1970er Jahren (oben links), der Intel 486 und Pentium von 1989 und 1992 (oben rechts), der Dual-Core Xeon Processor 5100 aus dem Jahr 2006 und der i7 der 8. Generation aus dem Jahr 2017.
Warum bringen wir das zur Sprache? Denn Moores Gesetz wird nicht so enden, wie jemand die Schwerkraft ausschaltet. Nur weil wir nicht mehr alle 18 Monate eine Verdoppelung der Transistoren auf einem Chip haben, heißt das nicht, dass der Fortschritt völlig zum Stillstand kommt. Es bedeutet lediglich, dass die Geschwindigkeit der Verbesserungen etwas langsamer erfolgen wird.
Stellen Sie es sich wie Öl vor. Wir haben die leicht zugänglichen Ressourcen an die Oberfläche gebracht, jetzt müssen wir Technologien wie Fracking nutzen, um Zugang zu den schwieriger zu beschaffenden Ressourcen zu erhalten.
Bessere Algorithmen und Software
Denken Sie an die NFL- oder NBA-Stars, die so viel Geld verdienen, dass sie sich keine Sorgen machen müssen, dass ihre vorhandenen Ersparnisse länger halten. Das ist eine etwas chaotische, aber dennoch relevante Metapher für die Beziehung zwischen Moores Gesetz und Software.
Es wird eine viel höhere Priorität haben, mehr Leistung aus den gleichen Chips herauszuholen.
Obwohl es wunderschön codierte Software gibt, mussten sich Programmierer oft nicht allzu viele Gedanken über die Rationalisierung machen ihren Code, um ihn Jahr für Jahr weniger träge zu machen, weil sie wissen, dass die Computerprozessoren des nächsten Jahres ihn ausführen können besser. Wenn das Mooresche Gesetz jedoch nicht mehr die gleichen Fortschritte macht, kann man sich nicht mehr auf diesen Ansatz verlassen.
Daher wird es eine viel höhere Priorität haben, mehr Softwareleistung aus den gleichen Chips herauszuholen. Für Geschwindigkeit und Effizienz bedeutet das, bessere Algorithmen zu entwickeln. Über die Geschwindigkeit hinaus bedeutet dies hoffentlich eine elegantere Software mit einem hohen Maß an Fokus auf Benutzererfahrung, Erscheinungsbild und Qualität.
Selbst wenn das Mooresche Gesetz morgen enden würde, würde die Optimierung der heutigen Software noch Jahre, wenn nicht Jahrzehnte Wachstum ermöglichen – auch ohne Hardware-Verbesserungen.
Spezialisiertere Chips
Vor diesem Hintergrund besteht eine Möglichkeit für Chipdesigner, die Verlangsamung des Fortschritts bei Allzweckchips zu überwinden, darin, stattdessen immer spezialisiertere Prozessoren zu entwickeln. Grafikprozessoren (GPUs) sind hierfür nur ein Beispiel. Es können auch kundenspezifische Spezialprozessoren verwendet werden Neuronale Netze, Computer Vision für selbstfahrende Autos, Spracherkennungund Geräte für das Internet der Dinge.
Da sich das Mooresche Gesetz verlangsamt, werden Chiphersteller die Produktion von Spezialchips steigern. GPUs beispielsweise sind bereits eine treibende Kraft für Computer Vision in autonomen Autos und Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Netzwerken.
Diese Sonderkonstruktionen können mit einer Reihe von Verbesserungen aufwarten, wie zum Beispiel einer höheren Leistung pro Watt. Zu den Unternehmen, die auf diesen maßgeschneiderten Zug aufspringen, gehören Marktführer Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM und mehr.
Ebenso wie eine bessere Programmierung zwingt die Verlangsamung des Fertigungsfortschritts die Chipdesigner dazu, bei der Entwicklung neuer architektonischer Durchbrüche umsichtiger vorzugehen.
Es geht nicht mehr nur um die Chips
Moores Gesetz entstand Mitte der 1960er Jahre, ein Vierteljahrhundert bevor der Informatiker Tim Berners-Lee das World Wide Web erfand. Obwohl die Theorie seitdem Bestand hat, besteht im Zeitalter vernetzter Geräte auch weniger Bedarf, sich auf eine lokale Verarbeitung zu verlassen. Natürlich sind viele Funktionen auf Ihrem PC, Tablet oder Smartphone werden auf dem Gerät selbst verarbeitet, eine wachsende Zahl jedoch nicht.
Mit Cloud Computing kann ein Großteil der schweren Arbeit woanders erledigt werden.
Cloud Computing bedeutet, dass ein Großteil der schweren Arbeit bei großen Rechenproblemen im Großen und Ganzen woanders erledigt werden kann Rechenzentren verwenden massiv parallele Systeme, die ein Vielfaches der Anzahl an Transistoren in einem normalen Einzelsystem verwenden Computer. Das gilt insbesondere für die KI. intensive Aufgaben, wie die intelligenten Assistenten, die wir auf unseren Geräten verwenden.
Indem Sie diese Verarbeitung an anderer Stelle durchführen lassen und die Antwort anschließend an Ihren lokalen Computer zurücksenden Rechnerisch können Maschinen exponentiell intelligenter werden, ohne dass sie ihre Prozessoren alle 18 Monate wechseln müssen Also.
Neue Materialien und Konfigurationen
Das Silicon Valley hat seinen Namen nicht ohne Grund, aber Forscher sind damit beschäftigt, zukünftige Chips zu erforschen, die aus anderen Materialien als Silizium bestehen könnten.
Intel leistet beispielsweise erstaunliche Arbeit mit Transistoren, die in einer aufwärts gerichteten 3D-Struktur aufgebaut sind Muster statt flach zu legen, um mit verschiedenen Möglichkeiten zu experimentieren, Transistoren in eine Schaltung zu packen Planke. Andere Materialien, etwa solche, die auf Elementen der dritten und fünften Spalte des Periodensystems basieren, könnten Silizium ablösen, weil sie bessere Leiter sind.
Derzeit ist nicht klar, ob diese Substanzen skalierbar oder erschwinglich sein werden, aber angesichts der gebündelten Expertise der Das Beste der Technologiebranche – und der damit verbundene Anreiz – könnte das nächste Halbleitermaterial auf den Markt kommen warten.
Quanten-Computing
Quanten-Computing ist wahrscheinlich die am weitesten verbreitete Idee auf dieser Liste. Es ist auch das zweitaufregendste. Quantencomputer sind derzeit eine experimentelle und sehr teure Technologie. Sie sind ein anderes Tier als die uns bekannten binären digitalen elektronischen Computer, die auf Transistoren basieren.
Anstatt Daten in Bits zu kodieren, die entweder 0 oder 1 sind, befasst sich Quantencomputing mit Quantenbits, die 0, 1 und gleichzeitig 0 und 1 sein können. Um es kurz zu machen? Diese Überlagerungen könnten Quantencomputer viel schneller und effizienter machen als derzeit existierende Mainstream-Computer.
Die Herstellung von Quantencomputern birgt viele Herausforderungen (zum einen müssen sie unglaublich kühl gehalten werden). Wenn es den Ingenieuren jedoch gelingt, dieses Problem zu lösen, können wir möglicherweise enorme Fortschritte in einem Tempo auslösen, das so schnell ist, dass es Gordon Moore den Kopf verdrehen würde.
Dinge, an die wir noch nicht denken können
In den 1980er Jahren hätten nur sehr wenige Menschen Smartphones vorhergesehen. Die Idee, dass Google der Riese werden würde, der es ist, oder dass eine E-Commerce-Website wie Amazon es wäre auf dem Weg, das erste 1-Billionen-Dollar-Unternehmen zu werden hätte Anfang der 1990er Jahre verrückt geklungen.
Der Punkt ist, dass wir, wenn es um die Zukunft der Datenverarbeitung geht, nicht behaupten werden, genau zu wissen, was vor uns liegt. Ja, im Moment sieht Quantencomputing wie die große Hoffnung auf langfristiges Computing nach dem Mooreschen Gesetz aus, aber die Chancen stehen gut, dass Computer in ein paar Jahrzehnten völlig anders aussehen werden als die, die wir heute verwenden.
Ob neue Konfigurationen von Maschinen, Chips aus völlig neuen Materialien oder neue Arten der subatomaren Forschung, die sich eröffnen Wir entwickeln neue Möglichkeiten, Transistoren auf Chips zu packen. Wir glauben, dass die Zukunft der Datenverarbeitung – mit all dem Einfallsreichtum, den sie mit sich bringt – eine Zukunft sein wird A-okay.
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