Kāpēc mūsdienu datori ir tik daudz labāki par vecajiem? Viens izskaidrojums ir saistīts ar milzīgo progresu skaitu, kas pēdējo desmitgažu laikā ir notikuši mikroapstrādes jaudas jomā. Aptuveni ik pēc 18 mēnešiem tranzistoru skaits, ko var saspiest integrālajā shēmā, dubultojas.
Šo tendenci 1965. gadā pirmo reizi pamanīja Intel līdzdibinātājs Gordons Mūrs, un to tautā dēvē par "Mūra likums”. Rezultāti ir virzījuši tehnoloģiju uz priekšu un pārveidojuši to par triljonu dolāru nozari, kurā neiedomājami jaudīgas mikroshēmas ir atrodamas it visā, sākot no mājas datoriem līdz autonomām automašīnām un beidzot ar gudru mājsaimniecību ierīces.
Ieteiktie videoklipi
Taču Mūra likums, iespējams, nevarēs turpināties bezgalīgi. Augsto tehnoloģiju nozarei varētu patikt tās runas par eksponenciālo izaugsmi un digitāli virzītu “beigas”. deficīts”, taču pastāv fiziski ierobežojumi spējai nepārtraukti samazināt komponentu izmērus mikroshēma.
Kas ir Mūra likums?
Mūra likums ir Intel līdzdibinātāja Gordona Mūra novērojums 1965. gadā. Tajā teikts, ka aptuveni ik pēc 18 mēnešiem tranzistoru skaits, ko var saspiest integrālajā shēmā, dubultojas.
Jau tagad miljardiem tranzistoru jaunākajās mikroshēmās cilvēka acij nav redzami. Ja Mūra likums turpināsies līdz 2050. gadam, inženieriem būs jāveido tranzistori no komponentiem, kas ir mazāki par vienu ūdeņraža atomu. Uzņēmumiem arī arvien dārgāk ir sekot līdzi. Jaunu mikroshēmu ražošanas rūpnīcu celtniecība maksā miljardus.
Šo faktoru rezultātā daudzi cilvēki prognozē, ka Mūra likums kādu laiku izzudīs 2020. gadu sākumā, kad mikroshēmās ir komponenti, kas atrodas tikai aptuveni 5 nanometru attālumā viens no otra. Kas notiek pēc tam? Vai tehnoloģiskais progress apstājas, it kā mēs šodien būtu iestrēguši, izmantojot to pašu Windows 95 datoru, kas mums piederēja pirms pāris gadu desmitiem?
Ne īsti. Šeit ir septiņi iemesli, kāpēc Mūra likuma beigas nenozīmē skaitļošanas progresa beigas, kā mēs to zinām.
Mūra likums nebeigsies “tieši tā”
Iedomājieties katastrofu, kas mūs piemeklētu, ja rīt termodinamikas likums vai trīs Ņūtona kustības likumi pārstātu darboties. Mūra likums, neskatoties uz tā nosaukumu, nav universāls šāda veida likums. Tā vietā tā ir novērojama tendence, piemēram, tas, ka Maikls Bejs mēdz izdot jaunu Transformatori filma vasarā - izņemot, ziniet, laba.
Divas Intel 8080 mikroshēmas no 1970. gadiem (augšējā kreisajā pusē), Intel 486 un Pentium no 1989. gada un 1992. gada (augšējā labajā pusē), divkodolu Xeon procesors 5100 no 2006. gada un i7 8. paaudze no 2017. gada.
Kāpēc mēs to aktualizējam? Jo Mūra likums nebeigsies tā, kā kāds izslēdz gravitāciju. Tas, ka ik pēc 18 mēnešiem mikroshēmā vairs netiek dubultoti tranzistori, nenozīmē, ka progress pilnībā apstāsies. Tas tikai nozīmē, ka uzlabojumi notiks nedaudz lēnāk.
Iedomājieties to kā eļļu. Mēs esam ieguvuši viegli sasniedzamās lietas, tagad mums ir jāizmanto tādas tehnoloģijas kā fracking, lai piekļūtu grūtāk iegūstamiem resursiem.
Labāki algoritmi un programmatūra
Padomājiet par tām NFL vai NBA zvaigznēm, kuras nopelna tik daudz naudas, ka viņiem nav jāuztraucas par to, vai esošie uzkrājumi kalpos ilgāk. Tā ir nedaudz netīra, bet joprojām atbilstoša metafora attiecībām starp Mūra likumu un programmatūru.
Lielākas veiktspējas izspiešana no tām pašām mikroshēmām kļūs par daudz augstāku prioritāti.
Lai gan tur ir skaisti kodēta programmatūra, lielāko daļu laika programmētājiem nav bijis pārāk daudz jāuztraucas par racionalizāciju. savu kodu, lai padarītu to mazāk gausu gadu no gada, jo viņi zina, ka nākamā gada datoru procesori varēs to darbināt labāk. Tomēr, ja Mūra likums vairs nesniedz tādus pašus panākumus, uz šo pieeju vairs nevar paļauties.
Tāpēc lielākas programmatūras veiktspējas izspiešana no tām pašām mikroshēmām kļūs par daudz augstāku prioritāti. Ātrumam un efektivitātei tas nozīmē labāku algoritmu izveidi. Cerams, ka tas nozīmēs ne tikai ātrumu, bet arī elegantāku programmatūru ar lielu uzsvaru uz lietotāja pieredzi, izskatu un sajūtu un kvalitāti.
Pat ja Mūra likums beigtos rīt, mūsdienu programmatūras optimizēšana joprojām nodrošinātu gadiem, ja ne gadu desmitiem, izaugsmi — pat bez aparatūras uzlabojumiem.
Specializētākas mikroshēmas
Ņemot to vērā, viens no veidiem, kā mikroshēmu dizaineri var pārvarēt vispārējas nozīmes mikroshēmu progresa palēnināšanos, ir tā vietā izveidot arvien specializētākus procesorus. Grafikas apstrādes vienības (GPU) ir tikai viens piemērs tam. Var izmantot arī pielāgotus specializētos procesorus neironu tīkli, datorredze priekš pašbraucošās automašīnas, balss atpazīšana, un lietiskā interneta ierīces.
Tā kā Mūra likuma darbība palēninās, mikroshēmu ražotāji palielinās specializēto mikroshēmu ražošanu. Piemēram, GPU jau ir dzinējspēks datorredzei autonomās automašīnās un transportlīdzekļu infrastruktūras tīklos.
Šie īpašie dizaini var lepoties ar virkni uzlabojumu, piemēram, lielāku veiktspējas līmeni uz vatu. Uzņēmumi, kas izmanto šo pielāgoto vilcienu, ietver tirgus līderi Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM un citus.
Tāpat kā labāka programmēšana, ražošanas progresa palēnināšanās liek mikroshēmu dizaineriem būt pārdomātākiem, plānojot jaunus arhitektūras sasniegumus.
Tas vairs nav tikai par čipsiem
Mūra likums dzimis 1960. gadu vidū, ceturtdaļgadsimtu pirms datorzinātnieks Tims Berners-Lī izgudroja globālo tīmekli. Lai gan teorija kopš tā laika ir bijusi patiesa, savienoto ierīču laikmetā ir arī mazāk jāpaļaujas uz lokalizētu apstrādi. Protams, daudzas funkcijas jūsu datorā, planšetdatorā vai viedtālrunis tiek apstrādāti pašā ierīcē, bet arvien vairāk netiek apstrādāti.
Izmantojot mākoņdatošanu, lielu daļu smago darbu var veikt citur.
Mākoņdatošana nozīmē, ka lielu daļu no smagām skaitļošanas problēmām var veikt citur lielās datu centriem, izmantojot masveidā paralēlas sistēmas, kas izmanto daudzas, daudzas reizes vairāk tranzistoru parastā singlā dators. Tas jo īpaši attiecas uz A.I. intensīvus uzdevumus, piemēram, viedos palīgus, ko izmantojam savās ierīcēs.
Ja šī apstrāde tiek veikta citur un atbilde tiek piegādāta atpakaļ uz jūsu vietējo iekārtu, kad tā ir aprēķināts, mašīnas var kļūt eksponenciāli viedākas, nemainot procesorus ik pēc 18 mēnešiem vai tātad.
Jauni materiāli un konfigurācijas
Silīcija ieleja savu nosaukumu ieguva kāda iemesla dēļ, taču pētnieki ir aizņemti ar nākotnes mikroshēmu izpēti, kuras varētu būt izgatavotas no citiem materiāliem, nevis no silīcija.
Piemēram, Intel veic pārsteidzošu darbu ar tranzistoriem, kas ir iebūvēti 3D virzienā modeli, nevis noliekot plakaniski, lai eksperimentētu ar dažādiem veidiem, kā iepakot tranzistorus ķēdē dēlis. Citi materiāli, piemēram, tie, kuru pamatā ir elementi no periodiskās tabulas trešās un piektās kolonnas, varētu pārņemt silīciju, jo tie ir labāki vadītāji.
Pašlaik nav skaidrs, vai šīs vielas būs mērogojamas vai pieejamas, taču, ņemot vērā visas Labākais tehnoloģiju nozarē — un ar to saistītais stimuls — varētu būt nākamais pusvadītāju materiāls gaida.
Kvantu skaitļošana
Kvantu skaitļošana ir iespējams, ka šī ir visatbilstošākā ideja šajā sarakstā. Tas ir arī otrais aizraujošākais. Kvantu datori šobrīd ir eksperimentāla un ļoti dārga tehnoloģija. Tie ir atšķirīgs dzīvnieks no mums zināmajiem binārajiem digitālajiem elektroniskajiem datoriem, kuru pamatā ir tranzistori.
Tā vietā, lai kodētu datus bitos, kas ir 0 vai 1, kvantu skaitļošana nodarbojas ar kvantu bitiem, kas vienlaikus var būt 0, 1 un gan 0, gan 1. Garš stāsts īss? Šīs superpozīcijas varētu padarīt kvantu datorus daudz ātrākus un efektīvākus nekā pašlaik esošie plašie datori.
Kvantu datoru izgatavošana ir saistīta ar daudzām problēmām (vienai lietai tie ir jātur neticami auksti). Tomēr, ja inženieri spēs atrisināt šo problēmu, mēs, iespējams, spēsim panākt milzīgu progresu tik strauji, ka tas liktu Gordonam Mūram sagriezties galvai.
Lietas, ko mēs vēl nevaram iedomāties
Ļoti maz cilvēku būtu paredzējuši viedtālruņus 1980. gados. Ideja, ka Google varētu kļūt par milzi, kāds tas ir, vai tāda e-komercijas vietne kā Amazon ceļā, lai kļūtu par pirmo 1 triljona dolāru uzņēmumu tas būtu izklausījies traki deviņdesmito gadu sākumā.
Lieta ir tāda, ka, runājot par skaitļošanas nākotni, mēs neapgalvosim, ka precīzi zinām, kas ir ap stūri. Jā, šobrīd kvantu skaitļošana izskatās kā liela ilgtermiņa skaitļošanas cerība pēc Mūra likuma, taču pastāv iespēja, ka pēc dažām desmitgadēm datori izskatīsies pavisam savādāk nekā tie, kurus mēs izmantojam šodien.
Neatkarīgi no tā, vai tās ir jaunas iekārtu konfigurācijas, mikroshēmas, kas izgatavotas no pilnīgi jauniem materiāliem, vai jauni subatomisko pētījumu veidi, kas atveras izstrādājot jaunus veidus, kā tranzistorus ievietot mikroshēmās, mēs uzskatām, ka skaitļošanas nākotne ar visu tajā ietverto atjautību būs A-labi.
Redaktoru ieteikumi
- Jaunā kardioloģija A.I. zina, vai tu drīz nomirsi. Ārsti nevar izskaidrot, kā tas darbojas