Miks on kaasaegsed arvutid nii palju paremad kui vanad? Üks selgitus on seotud tohutu arvu edusammudega, mis on viimaste aastakümnete jooksul toimunud mikrotöötlusvõimsuses. Ligikaudu iga 18 kuu järel kahekordistub integraallülitusse pigistatavate transistoride arv.
Seda suundumust märkas esmakordselt 1965. aastal Inteli kaasasutaja Gordon Moore ja seda nimetatakse rahvasuus "Moore'i seadus.” Tulemused on tehnoloogiat edasi lükanud ja muutnud selle triljoni dollariliseks tööstuseks, milles kujuteldamatult võimsaid kiipe leidub kõiges alates koduarvutitest kuni autonoomsete autodeni ja lõpetades nutika majapidamisega seadmeid.
Soovitatavad videod
Kuid Moore'i seadus ei pruugi jätkuda lõputult. Kõrgtehnoloogilisele tööstusele võib meeldida jutt eksponentsiaalsest kasvust ja digitaalselt juhitud "lõpust". nappus”, kuid komponentide suuruse pideva vähendamise võimalusel on füüsilised piirangud kiip.
Mis on Moore'i seadus?
Moore'i seadus on Inteli kaasasutaja Gordon Moore'i 1965. aastal tehtud tähelepanek. Selles öeldakse, et ligikaudu iga 18 kuu järel kahekordistub integraallülitusse pigistatavate transistoride arv.
Juba praegu on viimastel kiipidel olevad miljardid transistorid inimsilmale nähtamatud. Kui Moore'i seadus peaks kehtima kuni 2050. aastani, peavad insenerid ehitama transistore komponentidest, mis on väiksemad kui üks vesinikuaatom. Samuti on ettevõtetel üha kulukam sammu pidada. Uute kiipide tootmistehaste ehitamine maksab miljardeid.
Nende tegurite tõttu ennustavad paljud inimesed, et Moore'i seadus hakkab 2020. aastate alguses, kui kiibid sisaldavad komponente, mis on üksteisest vaid umbes 5 nanomeetri kaugusel, taanduvat. Mis saab pärast seda? Kas tehnoloogiline areng peatub, nagu oleksime täna ummikus, kasutades sama Windows 95 arvutit, mis meil paarkümmend aastat tagasi kuulus?
Mitte päris. Siin on seitse põhjust, miks Moore'i seaduse lõpp ei tähenda meile teadaolevalt arvuti edenemise lõppu.
Moore'i seadus ei lõpe niisama
Kujutage ette katastroofi, mis meid tabaks, kui homme lakkaks toimimast termodünaamika seadus või Newtoni kolm liikumisseadust. Vaatamata nimele ei ole Moore'i seadus sedalaadi universaalne seadus. Selle asemel on see jälgitav trend, nagu tõsiasi, et Michael Bay kipub uut välja laskma Trafod film suvel - välja arvatud, teate, hea.
Kaks Intel 8080 kiipi 1970. aastatest (üleval vasakul), Intel 486 ja Pentium aastatest 1989 ja 1992 (paremal ülal), kahetuumaline Xeon Processor 5100 aastast 2006 ja i7 8. põlvkond aastast 2017.
Miks me selle välja toome? Sest Moore'i seadus ei lõpe lihtsalt nii, nagu keegi lülitaks gravitatsiooni välja. See, et meil ei kahekordistu enam kiibil iga 18 kuu järel transistoride arvu, ei tähenda see, et areng täielikult peatuks. See tähendab lihtsalt, et täiustuste kiirus toimub veidi aeglasemalt.
Kujutage ette seda nagu õli. Oleme pinnale toonud kergesti ligipääsetavad asjad, nüüd peame kasutama selliseid tehnoloogiaid nagu frakkimine, et pääseda ligi raskemini kättesaadavatele ressurssidele.
Paremad algoritmid ja tarkvara
Mõelge nendele NFL-i või NBA staaridele, kes teenivad nii palju raha, et nad ei pea muretsema olemasolevate säästude kauem kestmise pärast. See on pisut räpane, kuid siiski asjakohane metafoor Moore'i seaduse ja tarkvara vahelise suhte kohta.
Samadest kiipidest suurema jõudluse väljapressimine muutub palju kõrgemaks prioriteediks.
Kuigi seal on kaunilt kodeeritud tarkvara, pole programmeerijad sageli pidanud sujuvamaks muutmise pärast liiga palju muretsema oma koodi, et muuta see aasta-aastalt vähem aeglasemaks, sest nad teavad, et järgmise aasta arvutiprotsessorid saavad seda käivitada parem. Kui aga Moore’i seadus enam samu edusamme ei tee, ei saa sellele lähenemisele enam tugineda.
Seetõttu muutub samadest kiipidest suurema tarkvara jõudluse väljapressimine palju kõrgemaks prioriteediks. Kiiruse ja tõhususe jaoks tähendab see paremate algoritmide loomist. Lisaks kiirusele tähendab see loodetavasti elegantsemat tarkvara, mis keskendub suurel määral kasutajakogemusele, välimusele ja kvaliteedile.
Isegi kui Moore'i seadus peaks homme lõppema, tagaks tänapäevase tarkvara optimeerimine ikkagi aastate, kui mitte aastakümnete pikkuse kasvu – isegi ilma riistvara täiustamiseta.
Spetsialiseerunud kiibid
Seda arvestades on üks viis, kuidas kiibidisainerid üldotstarbeliste kiipide arengu aeglustumisest üle saada, on teha selle asemel üha rohkem spetsialiseerunud protsessoreid. Graafikaprotsessorid (GPU-d) on vaid üks näide sellest. Kasutada saab ka kohandatud spetsialiseeritud protsessoreid närvivõrgud, arvuti nägemine jaoks isejuhtivad autod, hääletuvastusja asjade Interneti seadmed.
Kuna Moore'i seadus aeglustub, suurendavad kiibitootjad spetsiaalsete kiipide tootmist. Näiteks GPU-d on juba autonoomsete autode ja sõidukite infrastruktuurivõrkude arvutinägemise liikumapanev jõud.
Need eridisainid võivad uhkustada mitmete täiustustega, näiteks suurema jõudlusega vati kohta. Selle kohandatud vaguniga hüppavad ettevõtted on turuliider Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM ja palju muud.
Nii nagu parem programmeerimine, sunnib tootmise arengu aeglustumine kiibidisainereid olema uute arhitektuuriliste läbimurrete kavandamisel läbimõelduma.
See ei puuduta enam ainult kiipe
Moore'i seadus sündis 1960. aastate keskel, veerand sajandit enne seda, kui arvutiteadlane Tim Berners-Lee leiutas World Wide Web. Kuigi teooria on sellest ajast peale kehtinud, on ühendatud seadmete ajastul vähem vaja loota lokaliseeritud töötlemisele. Muidugi, palju funktsioone teie arvutis, tahvelarvutis või nutitelefoni töödeldakse seadmes endas, kuid üha enam ei tehta.
Pilvandmetöötlusega saab suure osa raskest tõstmisest teha mujal.
Pilvandmetöötlus tähendab, et suure osa suurte arvutusprobleemide raskest tõstmisest saab teostada mujal suures andmekeskused, kasutades massiliselt paralleelseid süsteeme, mis kasutavad tavalises singlis mitu korda rohkem transistore arvuti. See kehtib eriti A.I kohta. intensiivsed ülesanded, näiteks nutikad assistendid, mida oma seadmetes kasutame.
Kui see töötlemine viiakse läbi mujal ja vastus saadetakse teie kohalikku masinasse tagasi, kui see on Arvutatud, võivad masinad muutuda plahvatuslikult targemaks, ilma et peaksid protsessoreid vahetama iga 18 kuu tagant või nii.
Uued materjalid ja konfiguratsioonid
Silicon Valley teenis oma nime põhjusel, kuid teadlased on hõivatud tulevaste kiipide uurimisega, mis võiksid olla valmistatud muudest materjalidest kui räni.
Näiteks Intel teeb hämmastavat tööd transistoridega, mis on ehitatud ülespoole suunatud 3D-s tasapinnalise laotamise asemel, et katsetada erinevaid viise transistoride pakkimiseks vooluringi juhatus. Muud materjalid, näiteks need, mis põhinevad perioodilisuse tabeli kolmanda ja viienda veeru elementidel, võiksid ränist üle võtta, kuna need on paremad juhid.
Praegu pole selge, kas need ained on skaleeritavad või taskukohased, kuid arvestades Tehnoloogiatööstuse parim – ja sellega kaasas käiv stiimul – võiks olla järgmine pooljuhtmaterjal ootamas.
Kvantarvutus
Kvantarvutus on tõenäoliselt selle loendi kõige "väljaspool" idee. See on ka kõige põnevam teine. Kvantarvutid on praegu eksperimentaalne ja väga kallis tehnoloogia. Need on erinevad loomad kui meile tuntud binaarsed digitaalsed elektroonilised arvutid, mis põhinevad transistoridel.
Selle asemel, et kodeerida andmeid bittideks, mis on kas 0 või 1, tegeleb kvantarvutus kvantbittidega, mis võivad olla korraga 0, 1 ja nii 0 kui 1. Lühike jutt? Need superpositsioonid võivad muuta kvantarvutid palju kiiremaks ja tõhusamaks kui praegu olemasolevad tavaarvutid.
Kvantarvutite valmistamine toob endaga kaasa palju väljakutseid (ühe asja jaoks tuleb neid hoida uskumatult külmas). Kui aga insenerid suudavad selle probleemi lahendada, võime vallandada tohutuid edusamme nii kiires tempos, et see paneks Gordon Moore’i pea ringi käima.
Asjad, millele me veel mõelda ei suuda
Väga vähesed inimesed oleksid 1980ndatel ennustanud nutitelefone. Mõte, et Google’ist saaks hiiglane, nagu ta on, või et oleks selline e-kaubanduse veebisait nagu Amazon teel, et saada esimeseks 1 triljoni dollari suuruseks ettevõtteks oleks 1990. aastate alguses tundunud hullumeelne.
Asi on selles, et kui rääkida andmetöötluse tulevikust, siis me ei väida, et teame täpselt, mis nurga taga on. Jah, praegu näeb kvantandmetöötlus välja nagu Moore'i seaduse järgne suur pikaajaline andmetöötluse lootus, kuid on tõenäoline, et mõne aastakümne pärast näevad arvutid välja täiesti teistsugused kui need, mida me praegu kasutame.
Olgu selleks siis uued masinate konfiguratsioonid, täiesti uutest materjalidest valmistatud kiibid või uut tüüpi subatomaarsed uuringud, mis avavad uusi viise transistoride kiipidele pakkimiseks, usume, et andmetöötluse tulevik – koos kogu sellega kaasneva leidlikkusega – on A-olgu.
Toimetajate soovitused
- Uus kardioloogia A.I. teab, kas sa sured varsti. Arstid ei oska selgitada, kuidas see toimib
