なぜ最近のコンピューターは古いコンピューターよりもはるかに優れているのでしょうか? 1 つの説明は、過去数十年間にマイクロプロセッシング能力において起こった膨大な数の進歩に関連しています。 およそ 18 か月ごとに、集積回路に搭載できるトランジスタの数は 2 倍になります。
この傾向は 1965 年にインテルの共同創設者ゴードン・ムーアによって初めて発見され、一般に「」と呼ばれています。ムーアの法則」 その結果、テクノロジーは進歩し、1兆ドル規模の産業に変貌しました。 想像を絶する強力なチップは、家庭用コンピューターから自動運転車、スマート家庭に至るまで、あらゆるものに搭載されています。 デバイス。
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しかし、ムーアの法則は永久に続くわけではないかもしれません。 ハイテク業界は、指数関数的な成長やデジタル主導の「終わり」について語るのが大好きかもしれません。 しかし、コンポーネントのサイズを継続的に縮小するには物理的な限界があります。 チップ。
ムーアの法則とは何ですか?
ムーアの法則は、インテルの共同創設者ゴードン・ムーアが 1965 年に述べた観察です。 それによると、集積回路に搭載できるトランジスタの数はおよそ 18 か月ごとに 2 倍になります。」
すでに、最新のチップ上の何十億ものトランジスタは人間の目には見えません。 ムーアの法則が 2050 年まで続くとしたら、エンジニアは水素原子 1 個よりも小さい部品からトランジスタを構築する必要があります。 企業がこれに対応し続けるためのコストもますます高くなっています。 新しいチップの製造工場の建設には数十億ドルの費用がかかります。
これらの要因の結果、多くの人は、チップのコンポーネントの間隔がわずか約 5 ナノメートルになる 2020 年代初頭にはムーアの法則が終息すると予測しています。 その後はどうなりますか? 私たちが数十年前に所有していたものと同じ Windows 95 PC を今日も使い続けているように、テクノロジーの進歩は止まっているのでしょうか?
あまり。 ここでは、ムーアの法則の終焉が、私たちが知っているようなコンピューティングの進歩の終焉を意味しない7つの理由を紹介します。
ムーアの法則は「そのまま」では終わらない
明日、熱力学の法則またはニュートンの運動の 3 法則が機能しなくなったら、私たちに降りかかるであろう災害を想像してみてください。 ムーアの法則は、その名前にもかかわらず、この種の普遍的な法則ではありません。 その代わりに、マイケル・ベイが新しい作品をリリースする傾向があるという事実のような目に見える傾向です。
トランスフォーマー 夏の映画 — 例外は、いいですね。
1970 年代の 2 つの Intel 8080 チップ (左上)、1989 年と 1992 年の Intel 486 と Pentium (右上)、2006 年のデュアルコア Xeon プロセッサ 5100、2017 年の第 8 世代 i7。
なぜこのことを取り上げるのでしょうか? なぜなら、ムーアの法則は、誰かが重力をオフにしたように単純に終わるわけではないからです。 チップ上のトランジスタを 18 か月ごとに 2 倍にすることができなくなったからといって、進歩が完全に止まるわけではありません。 それは、改善の速度が少し遅くなるということを意味します。
油のようなものをイメージしてください。 私たちは地上で入手しやすいものを入手しましたが、今度は水圧破砕などのテクノロジーを使用して、入手が困難なリソースにアクセスする必要があります。
より優れたアルゴリズムとソフトウェア
NFL や NBA のスター選手のことを考えてみてください。彼らは、既存の貯蓄を長く続けることを心配する必要がないほど大金を稼いでいます。 これは、ムーアの法則とソフトウェアの関係を表す、少し厄介ですが、それでも適切な比喩です。
同じチップからより多くのパフォーマンスを引き出すことは、より高い優先事項になるでしょう。
美しくコーディングされたソフトウェアは世の中にありますが、多くの場合、プログラマーは効率化についてあまり心配する必要がありませんでした。 彼らは、来年のコンピュータプロセッサがそれを実行できることを知っているので、年々遅くならないようにコードを修正しています。 より良い。 しかし、ムーアの法則が同じように進歩しなくなった場合、このアプローチはもはや信頼できなくなります。
したがって、同じチップからより多くのソフトウェアパフォーマンスを絞り出すことが、より高い優先度になるでしょう。 速度と効率を高めるには、より優れたアルゴリズムを作成する必要があります。 速度を超えて、ユーザー エクスペリエンス、外観、品質に重点を置いた、よりエレガントなソフトウェアになることを願っています。
たとえムーアの法則が明日終わるとしても、ハードウェアを改善しなくても、今日のソフトウェアを最適化することで、数十年とは言わないまでも、数年は成長できるでしょう。
より特化したチップ
そうは言っても、チップ設計者が汎用チップの進歩の鈍化を克服するための 1 つの方法は、代わりにさらに特化したプロセッサを作成することです。 グラフィックス プロセッシング ユニット (GPU) はその一例にすぎません。 カスタムの専用プロセッサーも使用できます。 ニューラルネットワーク、コンピュータビジョン用 自動運転車, 音声認識、モノのインターネット デバイス。
ムーアの法則が減速するにつれて、チップメーカーは特殊なチップの生産を増やすでしょう。 たとえば、GPU はすでに自動運転車や車両からインフラストラクチャへのネットワークにおけるコンピューター ビジョンの原動力となっています。
これらの特別な設計は、ワットあたりのパフォーマンスのレベルの向上など、さまざまな改善を誇ることができます。 このカスタム時流に飛びついた企業には、市場リーダーである Intel、Google、Wave Computing、Nvidia、IBM などが含まれます。
より優れたプログラミングと同様に、製造の進歩の鈍化により、チップ設計者はアーキテクチャ上の新たなブレークスルーを夢見る際に、より慎重になる必要があります。
もはやチップだけの問題ではありません
ムーアの法則は、コンピューター科学者のティム・バーナーズ・リーがワールド・ワイド・ウェブを発明する四半世紀前の 1960 年代半ばに誕生しました。 それ以来、この理論は真実であり続けていますが、接続されたデバイスの時代では、ローカライズされた処理に依存する必要性も低くなります。 確かに、PC、タブレット、または スマートフォン デバイス自体で処理されますが、処理されないものも増えています。
クラウド コンピューティングを使用すると、多くの面倒な作業を別の場所で実行できます。
クラウド コンピューティングは、大きな計算問題に対する重労働の多くを、大規模な別の場所で実行できることを意味します。 通常の単一システムの何倍もの数のトランジスタを使用する超並列システムを使用するデータセンター コンピューター。 これは特に AI に当てはまります。 私たちのデバイスで使用するスマート アシスタントなどの集中的なタスク。
この処理を別の場所で実行し、応答が完了したときにローカル マシンに応答を返すことによって、 計算によれば、マシンは 18 か月ごとにプロセッサを変更することなく、飛躍的に賢くなることができます。 それで。
新しい素材と構成
シリコンバレーの名前がついたのには理由がありますが、研究者たちはシリコン以外の材料で作られる可能性のある将来のチップの研究に忙しいです。
たとえば、インテルは、上向きの 3D 構造で構築されたトランジスタを使って驚くべき研究を行っています。 トランジスタを回路上に実装するさまざまな方法を実験するために、平らに置くのではなくパターンを作成します。 ボード。 周期表の第 3 列と第 5 列の元素に基づく材料など、他の材料はより優れた導体であるため、シリコンに代わる可能性があります。
現時点では、これらの物質が拡張可能であるか、手頃な価格であるかは明らかではありませんが、専門知識を組み合わせたものであることを考慮すると、 テクノロジー業界で最も優れたもの、そしてそれに伴うインセンティブ、次の半導体材料が登場する可能性がある 待っている。
量子コンピューティング
量子コンピューティング おそらく、このリストの中で最も「奇抜」なアイデアです。 それは最もエキサイティングなことでもあります。 量子コンピューターは現時点では実験段階であり、非常に高価なテクノロジーです。 これらは、私たちが知っているトランジスタをベースにしたバイナリデジタル電子コンピュータとは異なる動物です。
量子コンピューティングでは、データを 0 または 1 のビットにエンコードするのではなく、0、1、または同時に 0 と 1 の両方になる可能性がある量子ビットを扱います。 長い話を手短に言うと？ これらの重ね合わせにより、量子コンピューターは、現在存在する主流のコンピューターよりもはるかに高速かつ効率的になる可能性があります。
量子コンピューターの作成には多くの課題が伴います (1 つの理由として、量子コンピューターを信じられないほど低温に保つ必要があります)。 しかし、エンジニアがこの問題を解決できれば、ゴードン・ムーアが首を傾げるほどの速さで大きな進歩を起こすことができるかもしれません。
まだ考えられないこと
1980 年代にスマートフォンの登場を予想していた人はほとんどいなかったでしょう。 Google が現在のような巨大企業になる、あるいは Amazon のような電子商取引 Web サイトが巨大になるという考え 初の1兆ドル企業に向けて順調に進んでいる 1990年代初頭にはクレイジーに聞こえただろう。
重要なのは、コンピューティングの未来に関して、私たちはすぐそこに何が起こるかを正確に知っているとは主張しないということです。 はい、現時点では量子コンピューティングはムーアの法則以降の長期コンピューティングの大きな希望のように見えますが、数十年後にはコンピューターは現在私たちが使用しているものとはまったく異なったものになる可能性があります。
新しい構成のマシン、まったく新しい材料で作られたチップ、新しいタイプの素粒子研究など、 チップ上にトランジスタを実装する新しい方法を考案し、あらゆる創意工夫を凝らしたコンピューティングの未来は、次のようなものになると私たちは信じています。 ああ、わかりました。
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