Miksi nykyaikaiset tietokoneet ovat niin paljon parempia kuin vanhat? Yksi selitys liittyy siihen valtavaan kehitykseen, joka on tapahtunut mikroprosessointitehossa viime vuosikymmeninä. Suunnilleen 18 kuukauden välein integroituun piiriin puristettavissa olevien transistorien määrä kaksinkertaistuu.
Tämän suuntauksen huomasi ensimmäisen kerran vuonna 1965 Intelin perustaja Gordon Moore, ja sitä kutsutaan yleisesti nimellä "Mooren laki.” Tulokset ovat vienyt teknologiaa eteenpäin ja muuttaneet sen biljoonan dollarin teollisuudeksi, jossa käsittämättömän tehokkaita siruja löytyy kaikesta kotitietokoneista autonomisiin autoihin älykkään kotitalouksiin laitteet.
Suositellut videot
Mutta Mooren laki ei ehkä voi jatkua loputtomiin. Korkean teknologian teollisuus saattaa pitää puheitaan räjähdysmäisestä kasvusta ja digitaalilähtöisestä "lopusta". niukkuus”, mutta kyvyllä jatkuvasti pienentää komponenttien kokoa on fyysiset rajat siru.
Mikä on Mooren laki?
Mooren laki on Intelin perustajan Gordon Mooren vuonna 1965 tekemä havainto. Siinä kerrotaan, että suunnilleen 18 kuukauden välein integroituun piiriin puristettavissa olevien transistorien määrä kaksinkertaistuu.
Jo viimeisimpien sirujen miljardit transistorit ovat ihmissilmälle näkymättömiä. Jos Mooren laki jatkuisi vuoteen 2050 asti, insinöörien on rakennettava transistorit komponenteista, jotka ovat pienempiä kuin yksi vetyatomi. Yrityksille on myös yhä kalliimpaa pysyä mukana. Uusien hakkeen tuotantolaitosten rakentaminen maksaa miljardeja.
Näiden tekijöiden seurauksena monet ihmiset ennustavat Mooren lain lakkaavan jonkin aikaa 2020-luvun alussa, jolloin siruissa on komponentteja, jotka ovat vain noin 5 nanometrin päässä toisistaan. Mitä sen jälkeen tapahtuu? Pysähtyykö tekninen kehitys, ikään kuin olisimme jumissa tänään käyttämällä samaa Windows 95 -tietokonetta, jonka omistimme pari vuosikymmentä sitten?
Ei oikeastaan. Tässä on seitsemän syytä, miksi Mooren lain loppu ei tarkoita laskennan edistymisen loppua sellaisena kuin me sen tunnemme.
Mooren laki ei lopu "vain niin"
Kuvittele katastrofi, joka kohtaisi meitä, jos huomenna termodynamiikan laki tai Newtonin kolme liikelakia lakkaisivat toimimasta. Mooren laki ei nimestään huolimatta ole tällainen universaali laki. Sen sijaan se on havaittavissa oleva trendi, kuten se, että Michael Bay pyrkii julkaisemaan uuden Muuntajat elokuva kesällä - paitsi, tiedätkö, hyvä.
Kaksi Intel 8080 -sirua 1970-luvulta (ylävasemmalla), Intel 486 ja Pentium vuosilta 1989 ja 1992 (oikealla yläkulmalla), Dual-Core Xeon -prosessori 5100 vuodelta 2006 ja i7 8th Generation vuodelta 2017.
Miksi otamme tämän esille? Koska Mooren laki ei pääty vain niin kuin joku sammuttaisi painovoiman. Se, että meillä ei enää kaksinkertaistu transistorit sirulla 18 kuukauden välein, ei tarkoita, että kehitys pysähtyy kokonaan. Se tarkoittaa vain sitä, että parannusten nopeus tapahtuu hieman hitaammin.
Kuvittele se kuin öljy. Olemme saaneet helposti saavutettavat asiat pinnalle, ja nyt meidän on käytettävä tekniikoita, kuten murskausta, päästäksemme käsiksi vaikeampiin resursseihin.
Paremmat algoritmit ja ohjelmistot
Ajattele niitä NFL- tai NBA-tähtiä, jotka tienaavat niin paljon rahaa, että heidän ei tarvitse huolehtia olemassa olevien säästöjensä kestävyydestä pidempään. Se on hieman sotkuinen, mutta silti ajankohtainen metafora Mooren lain ja ohjelmiston väliselle suhteelle.
Paremman suorituskyvyn puristamisesta samoista siruista tulee paljon korkeampi prioriteetti.
Vaikka siellä on kauniisti koodattuja ohjelmistoja, ohjelmoijien ei usein ole tarvinnut huolehtia liikaa virtaviivaistamisesta. heidän koodinsa tehdäkseen siitä vähemmän hidasta vuodesta toiseen, koska he tietävät, että ensi vuoden tietokoneprosessorit pystyvät käyttämään sitä paremmin. Jos Mooren laki ei kuitenkaan enää tee samaa edistystä, tähän lähestymistapaan ei voi enää luottaa.
Ohjelmiston suorituskyvyn lisäämisestä samoista siruista tulee siksi paljon korkeampi prioriteetti. Nopeuden ja tehokkuuden vuoksi se tarkoittaa parempien algoritmien luomista. Nopeuden lisäksi se toivottavasti tarkoittaa tyylikkäämpää ohjelmistoa, jossa keskitytään paljon käyttökokemukseen, ulkonäköön ja laatuun.
Vaikka Mooren laki päättyisi huomenna, nykypäivän ohjelmistojen optimointi tarjoaisi silti vuosia, ellei vuosikymmeniä, kasvua – jopa ilman laitteiston parannuksia.
Erikoisemmat sirut
Tästä huolimatta yksi tapa sirujen suunnittelijoille voittaa yleiskäyttöisten sirujen kehityksen hidastuminen on valmistaa sen sijaan yhä erikoistuneempia prosessoreita. Grafiikkaprosessointiyksiköt (GPU) ovat vain yksi esimerkki tästä. Myös räätälöityjä erikoisprosessoreita voidaan käyttää neuroverkot, tietokonenäköä varten itse ajavia autoja, äänentunnistus, ja esineiden internet -laitteet.
Mooren lain hidastuessa siruvalmistajat lisäävät erikoissirujen tuotantoa. Esimerkiksi GPU: t ovat jo nyt liikkeellepaneva voima autonomisten autojen tietokonenäön ja ajoneuvojen infrastruktuuriverkkojen välillä.
Näissä erikoismalleissa voi olla useita parannuksia, kuten suurempi suorituskyky wattia kohden. Tämän mukautetun kelkkaan hyppääviä yrityksiä ovat markkinajohtaja Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM ja muut.
Aivan kuten parempi ohjelmointi, tuotannon kehityksen hidastuminen pakottaa sirujen suunnittelijat olemaan harkitsevampia uusien arkkitehtonisten läpimurtojen haaveilussa.
Kyse ei ole enää vain siruista
Mooren laki syntyi 1960-luvun puolivälissä, neljännesvuosisata ennen kuin tietojenkäsittelytieteilijä Tim Berners-Lee keksi World Wide Webin. Vaikka teoria on pitänyt paikkansa siitä lähtien, on myös vähemmän tarvetta luottaa paikalliseen käsittelyyn yhdistettyjen laitteiden aikakaudella. Toki monet toiminnot tietokoneellasi, tabletillasi tai älypuhelin käsitellään itse laitteessa, mutta kasvava määrä ei.
Pilvilaskennan avulla suuri osa raskaiden nostoista voidaan suorittaa muualla.
Pilvilaskenta tarkoittaa, että suuri osa suurten laskennallisten ongelmien raskastyöstä voidaan suorittaa muualla suuressa datakeskukset, joissa käytetään massiivisesti rinnakkaisia järjestelmiä, jotka käyttävät monta, monta kertaa enemmän transistoreita kuin tavallisessa singlessä tietokone. Tämä pätee erityisesti A.I. intensiivisiä tehtäviä, kuten älykkäitä avustajia, joita käytämme laitteissamme.
Kun tämä käsittely suoritetaan muualla ja vastaus toimitetaan takaisin paikalliselle koneellesi, kun se on laskettuna koneet voivat muuttua eksponentiaalisesti älykkäämmiksi ilman, että niiden prosessoreita tarvitsee vaihtaa 18 kuukauden välein tai niin.
Uudet materiaalit ja kokoonpanot
Piilaakso ansaitsi nimensä syystä, mutta tutkijat tutkivat ahkerasti tulevaisuuden siruja, jotka voitaisiin valmistaa muista materiaaleista kuin piistä.
Esimerkiksi Intel tekee hämmästyttävää työtä transistoreilla, jotka on rakennettu ylöspäin 3D-muodossa mallia sen sijaan, että asetettaisiin tasaiseksi, jotta voit kokeilla erilaisia tapoja pakata transistorit piiriin hallitus. Muut materiaalit, kuten ne, jotka perustuvat jaksollisen järjestelmän kolmannen ja viidennen sarakkeen elementteihin, voisivat syrjäyttää piin, koska ne ovat parempia johtimia.
Tällä hetkellä ei ole selvää, ovatko nämä aineet skaalautuvia vai edullisia, mutta ottaen huomioon teknologiateollisuuden hienoin – ja sen mukana tuleva kannustin – seuraava puolijohdemateriaali voisi olla siellä odottaa.
Kvanttilaskenta
Kvanttilaskenta on luultavasti "ulkoisin" idea tässä luettelossa. Se on myös toiseksi jännittävin. Kvanttitietokoneet ovat tällä hetkellä kokeellista ja erittäin kallista tekniikkaa. Ne ovat eri eläin kuin tuntemamme binääriset digitaaliset elektroniset tietokoneet, jotka perustuvat transistoreihin.
Sen sijaan, että data koodattaisiin biteiksi, jotka ovat joko 0 tai 1, kvanttilaskenta käsittelee kvanttibittejä, jotka voivat olla 0, 1 ja sekä 0 että 1 samanaikaisesti. Lyhyesti sanottuna? Nämä superpositiot voisivat tehdä kvanttitietokoneista paljon nopeampia ja tehokkaampia kuin nykyiset valtavirran tietokoneet.
Kvanttitietokoneiden tekemiseen liittyy paljon haasteita (yhdestä syystä ne on pidettävä uskomattoman kylminä). Jos insinöörit kuitenkin pystyvät ratkaisemaan tämän ongelman, voimme saada aikaan valtavan edistyksen niin nopeasti, että se saa Gordon Mooren pään pyörimään.
Asioita, joita emme vielä osaa ajatella
Hyvin harvat ihmiset olisivat ennustaneet älypuhelimia 1980-luvulla. Ajatus siitä, että Googlesta tulisi jättiläinen, mitä se on, tai että Amazonin kaltainen verkkokauppasivusto olisi matkalla olla ensimmäinen 1 biljoonan dollarin yritys olisi kuulostanut hullulta 1990-luvun alussa.
Asia on siinä, että kun kyse on tietojenkäsittelyn tulevaisuudesta, emme väitä tietävämme tarkalleen, mitä nurkan takana on. Kyllä, tällä hetkellä kvanttilaskenta näyttää suurelta pitkän aikavälin laskentatoivolta Mooren lain jälkeen, mutta on mahdollista, että muutaman vuosikymmenen kuluttua tietokoneet näyttävät täysin erilaisilta kuin nykyään.
Olipa kyseessä uusia koneiden kokoonpanoja, täysin uusista materiaaleista valmistettuja siruja tai uudentyyppistä subatomitutkimusta, jotka avaavat Uusia tapoja pakata transistorit siruihin, uskomme, että tietojenkäsittelyn tulevaisuus – kaikessa siihen liittyvässä kekseliäisyydessä A-okei.
Toimittajien suositukset
- Uusi kardiologia A.I. tietää, kuoletko pian. Lääkärit eivät osaa selittää miten se toimii
